Eine der wichtigsten Aufgaben in der Chemie ist die korrekte Zusammensetzung chemischer Formeln. Eine chemische Formel ist eine schriftliche Darstellung der Zusammensetzung einer chemischen Substanz unter Verwendung der lateinischen Elementbezeichnung und Indizes. Um die Formel richtig zusammenzustellen, benötigen wir auf jeden Fall das Periodensystem und Kenntnisse einfacher Regeln. Sie sind recht einfach und sogar Kinder können sie sich merken.
Wie man chemische Formeln erstellt
Das Hauptkonzept bei der Erstellung chemischer Formeln ist die „Wertigkeit“. Unter Valenz versteht man die Eigenschaft eines Elements, eine bestimmte Anzahl von Atomen in einer Verbindung zu halten. Die Wertigkeit eines chemischen Elements kann im Periodensystem eingesehen werden, außerdem müssen Sie sich einfache allgemeine Regeln merken und anwenden können.
- Die Wertigkeit eines Metalls ist immer gleich der Gruppennummer, sofern es sich in der Hauptuntergruppe befindet. Beispielsweise hat Kalium die Wertigkeit 1 und Kalzium die Wertigkeit 2.
- Nichtmetalle sind etwas komplizierter. Ein Nichtmetall kann eine höhere und eine niedrigere Wertigkeit haben. Die höchste Wertigkeit entspricht der Gruppennummer. Die niedrigste Wertigkeit kann durch Subtrahieren der Gruppennummer des Elements von acht ermittelt werden. In Kombination mit Metallen haben Nichtmetalle immer die niedrigste Wertigkeit. Sauerstoff hat immer die Wertigkeit 2.
- In einer Verbindung zweier Nichtmetalle hat das chemische Element, das im Periodensystem rechts und höher steht, die niedrigste Wertigkeit. Allerdings hat Fluor immer die Wertigkeit 1.
- Und noch eine wichtige Regel beim Festlegen von Quoten! Die Gesamtzahl der Wertigkeiten eines Elements muss immer gleich der Gesamtzahl der Wertigkeiten eines anderen Elements sein!
Lassen Sie uns die gewonnenen Erkenntnisse am Beispiel einer Verbindung aus Lithium und Stickstoff festigen. Das Metall Lithium hat die Wertigkeit 1. Das Nichtmetall Stickstoff befindet sich in der Gruppe 5 und hat eine höhere Wertigkeit von 5 und eine niedrigere Wertigkeit von 3. Wie wir bereits wissen, haben Nichtmetalle in Verbindungen mit Metallen immer eine niedrigere Wertigkeit, daher hat Stickstoff in diesem Fall eine Wertigkeit von drei. Wir ordnen die Koeffizienten und erhalten die erforderliche Formel: Li 3 N.
Wir haben also ganz einfach gelernt, wie man chemische Formeln zusammenstellt! Und damit Sie sich den Algorithmus zum Erstellen von Formeln besser merken können, haben wir seine grafische Darstellung vorbereitet.
Schlüsselwörter: Chemie 8. Klasse. Alle Formeln und Definitionen, Symbole physikalischer Größen, Maßeinheiten, Präfixe zur Bezeichnung von Maßeinheiten, Beziehungen zwischen Einheiten, chemische Formeln, grundlegende Definitionen, kurz, Tabellen, Diagramme.
1. Symbole, Namen und Maßeinheiten
einige physikalische Größen, die in der Chemie verwendet werden
| Physikalische Größe | Bezeichnung | Maßeinheit |
| Zeit | T | Mit |
| Druck | P | Pa, kPa |
| Stoffmenge | ν | Mol |
| Masse an Substanz | M | kg, g |
| Massenanteil | ω | Dimensionslos |
| Molmasse | M | kg/mol, g/mol |
| Molares Volumen | Vn | m 3 /mol, l/mol |
| Substanzvolumen | V | m 3, l |
| Volumenanteil | Dimensionslos | |
| Relative Atommasse | Ein r | Dimensionslos |
| Herr | Dimensionslos | |
| Relative Dichte von Gas A zu Gas B | D B (A) | Dimensionslos |
| Dichte der Materie | R | kg/m3, g/cm3, g/ml |
| Avogadros Konstante | N / A | 1/mol |
| Absolute Temperatur | T | K (Kelvin) |
| Temperatur in Celsius | T | °C (Grad Celsius) |
| Thermischer Effekt einer chemischen Reaktion | Q | kJ/mol |
2. Beziehungen zwischen Einheiten physikalischer Größen
3. Chemische Formeln in der 8. Klasse
4. Grundlegende Definitionen in der 8. Klasse
- Atom- das kleinste chemisch unteilbare Teilchen einer Substanz.
- Chemisches Element- eine bestimmte Art von Atom.
- Molekül- das kleinste Teilchen eines Stoffes, das seine Zusammensetzung und chemischen Eigenschaften behält und aus Atomen besteht.
- Einfache Substanzen- Stoffe, deren Moleküle aus gleichartigen Atomen bestehen.
- Komplexe Substanzen- Stoffe, deren Moleküle aus Atomen unterschiedlicher Art bestehen.
- Qualitative Zusammensetzung des Stoffes zeigt an, aus welchen Atomen der Elemente es besteht.
- Quantitative Zusammensetzung des Stoffes zeigt die Anzahl der Atome jedes Elements in seiner Zusammensetzung.
- Chemische Formel- konventionelle Erfassung der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung eines Stoffes anhand chemischer Symbole und Indizes.
- Atomare Masseneinheit(amu) – eine Maßeinheit für die Atommasse, gleich der Masse von 1/12 eines Kohlenstoffatoms 12 C.
- Mol- die Menge eines Stoffes, die eine Anzahl von Teilchen enthält, die der Anzahl der Atome in 0,012 kg Kohlenstoff 12 C entspricht.
- Avogadros Konstante (N / A = 6*10 23 mol -1) – die Anzahl der in einem Mol enthaltenen Teilchen.
- Molmasse einer Substanz (M ) ist die Masse einer Substanz in einer Menge von 1 Mol.
- Relative Atommasse Element A R - das Verhältnis der Masse eines Atoms eines gegebenen Elements m 0 zu 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms 12 C.
- Relatives Molekulargewicht Substanzen M R - das Verhältnis der Masse eines Moleküls einer bestimmten Substanz zu 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms 12 C. Die relative Molekülmasse ist gleich der Summe der relativen Atommassen der chemischen Elemente, die die Verbindung bilden Berücksichtigen Sie die Anzahl der Atome eines bestimmten Elements.
- Massenanteil Chemisches Element ω(X) zeigt, welchen Anteil der relativen Molekülmasse der Substanz X ein bestimmtes Element ausmacht.
ATOMIC-MOLEKULARE LEHRE
1. Es gibt Stoffe mit molekularer und nichtmolekularer Struktur.
2. Zwischen den Molekülen bestehen Lücken, deren Größe vom Aggregatzustand des Stoffes und der Temperatur abhängt.
3. Moleküle sind in ständiger Bewegung.
4. Moleküle bestehen aus Atomen.
6. Atome zeichnen sich durch eine bestimmte Masse und Größe aus.
Bei physikalischen Phänomenen bleiben Moleküle erhalten, bei chemischen Phänomenen werden sie in der Regel zerstört. Atome ordnen sich bei chemischen Phänomenen neu und bilden Moleküle neuer Substanzen.
Gesetz der konstanten Zusammensetzung der Materie
Jeder chemisch reine Stoff mit molekularer Struktur hat unabhängig von der Herstellungsmethode eine konstante qualitative und quantitative Zusammensetzung.
WERTIGKEIT
Unter Valenz versteht man die Eigenschaft eines Atoms eines chemischen Elements, eine bestimmte Anzahl von Atomen eines anderen Elements zu binden oder zu ersetzen.
CHEMISCHE REAKTION
Eine chemische Reaktion ist ein Phänomen, bei dem aus einem Stoff andere Stoffe entstehen. Reaktanten sind Stoffe, die eine chemische Reaktion eingehen. Reaktionsprodukte sind Stoffe, die bei einer Reaktion entstehen.
Anzeichen chemischer Reaktionen:
1. Freisetzung von Wärme (Licht).
2. Farbänderung.
3. Geruch tritt auf.
4. Sedimentbildung.
5. Gasfreisetzung.
- Chemische Gleichung- Aufzeichnen einer chemischen Reaktion anhand chemischer Formeln. Zeigt, welche Stoffe und in welchen Mengen reagieren und als Ergebnis der Reaktion erhalten werden.
GESETZ DER ERHALTUNG DER MASSE
Die Masse der Stoffe, die eine chemische Reaktion eingegangen sind, ist gleich der Masse der Stoffe, die als Ergebnis der Reaktion entstehen. Durch chemische Reaktionen verschwinden oder erscheinen Atome nicht, sondern sie werden neu angeordnet.
Die wichtigsten Klassen anorganischer Stoffe
Zusammenfassung der Lektion „Chemie 8. Klasse. Alle Formeln und Definitionen.“
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2.1. Chemische Sprache und ihre Teile
Die Menschheit verwendet viele verschiedene Sprachen. Außer natürliche Sprachen(Japanisch, Englisch, Russisch – insgesamt mehr als 2,5 Tausend) gibt es auch Künstliche Sprachen, zum Beispiel Esperanto. Unter den künstlichen Sprachen gibt es Sprachen verschieden Wissenschaften. In der Chemie verwenden sie also ihre eigenen, chemische Sprache.
Chemische Sprache– ein System von Symbolen und Konzepten zur kurzen, prägnanten und visuellen Aufzeichnung und Übertragung chemischer Informationen.
Eine in den meisten natürlichen Sprachen geschriebene Nachricht ist in Sätze, Sätze in Wörter und Wörter in Buchstaben unterteilt. Wenn wir Sätze, Wörter und Buchstaben als Teile einer Sprache bezeichnen, können wir ähnliche Teile in der chemischen Sprache identifizieren (Tabelle 2).
Tabelle 2.Teile der chemischen Sprache
Es ist unmöglich, jede Sprache sofort zu beherrschen; das gilt auch für eine chemische Sprache. Deshalb machen Sie sich vorerst nur mit den Grundlagen dieser Sprache vertraut: Lernen Sie einige „Buchstaben“, lernen Sie, die Bedeutung von „Wörtern“ und „Sätzen“ zu verstehen. Am Ende dieses Kapitels werden Sie vorgestellt Namen Chemische Substanzen sind ein integraler Bestandteil der chemischen Sprache. Während Sie Chemie studieren, werden Ihre Kenntnisse der chemischen Sprache erweitert und vertieft.
CHEMISCHE SPRACHE.
1.Welche künstlichen Sprachen kennen Sie (außer den im Text des Lehrbuchs genannten)?
2.Wie unterscheiden sich natürliche Sprachen von künstlichen?
3. Glauben Sie, dass es möglich ist, chemische Phänomene zu beschreiben, ohne chemische Sprache zu verwenden? Wenn nicht, warum nicht? Wenn ja, welche Vor- und Nachteile hätte eine solche Beschreibung?
2.2. Symbole für chemische Elemente
Das Symbol für ein chemisches Element stellt das Element selbst oder ein Atom dieses Elements dar.
Jedes dieser Symbole ist ein abgekürzter lateinischer Name eines chemischen Elements, der aus einem oder zwei Buchstaben des lateinischen Alphabets besteht (zum lateinischen Alphabet siehe Anhang 1). Das Symbol wird mit einem Großbuchstaben geschrieben. Symbole sowie russische und lateinische Namen einiger Elemente sind in Tabelle 3 aufgeführt. Dort sind auch Informationen zur Herkunft der lateinischen Namen aufgeführt. Es gibt keine allgemeine Regel für die Aussprache von Symbolen, daher zeigt Tabelle 3 auch die „Lesung“ des Symbols, also wie dieses Symbol in der chemischen Formel gelesen wird.
Es ist unmöglich, den Namen eines Elements in der mündlichen Rede durch ein Symbol zu ersetzen, aber in handgeschriebenen oder gedruckten Texten ist dies erlaubt, aber nicht empfohlen. Derzeit sind 110 chemische Elemente bekannt, 109 davon haben von der Internationale genehmigte Namen und Symbole Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC).
Tabelle 3 enthält Informationen zu nur 33 Elementen. Dies sind die Elemente, denen Sie beim Chemiestudium als Erstes begegnen werden. Russische Namen (in alphabetischer Reihenfolge) und Symbole aller Elemente sind in Anhang 2 aufgeführt.
Tisch 3.Namen und Symbole einiger chemischer Elemente
Name |
||||
Latein |
Schreiben |
|||
| - | Schreiben |
Herkunft |
- | - |
| Stickstoff | N Itrogenium | Aus dem Griechischen „Salpeter zur Welt bringen“ | „en“ | |
| Aluminium | Al Aluminium | Von lat. "Alaun" | "Aluminium" | |
| Argon | Ar gon | Aus dem Griechischen "inaktiv" | "Argon" | |
| Barium | Ba Rium | Aus dem Griechischen " schwer" | "Barium" | |
| Bor | B orum | Aus dem Arabischen „weißes Mineral“ | "Bor" | |
| Brom | Br omum | Aus dem Griechischen „stinkend“ | "Brom" | |
| Wasserstoff | H Hydrogenium | Aus dem Griechischen „Wasser gebären“ | "Asche" | |
| Helium | Er lium | Aus dem Griechischen " Sonne" | "Helium" | |
| Eisen | Fe rrum | Von lat. "Schwert" | „Ferrum“ | |
| Gold | Au Rum | Von lat. "Verbrennung" | „aurum“ | |
| Jod | ICH odum | Aus dem Griechischen „violett“ | „Jod“ | |
| Kalium | K Alium | Aus dem Arabischen "Lauge" | "Kalium" | |
| Kalzium | Ca lcium | Von lat. "Kalkstein" | "Kalzium" | |
| Sauerstoff | Ö Xygenium | Aus dem Griechischen „säurebildend“ | " Ö" | |
| Silizium | Si licium | Von lat. "Feuerstein" | „Silizium“ | |
| Krypton | Kr ypton | Aus dem Griechischen "versteckt" | "Krypton" | |
| Magnesium | M A G Nesium | Vom Namen her Magnesia-Halbinsel | "Magnesium" | |
| Mangan | M A N Ganum | Aus dem Griechischen "Reinigung" | "Mangan" | |
| Kupfer | Cu prüm | Aus dem Griechischen Name Ö. Zypern | „Cuprum“ | |
| Natrium | N / A Trium | Aus dem Arabischen: „Waschmittel“ | "Natrium" | |
| Neon | Ne An | Aus dem Griechischen " neu" | "Neon" | |
| Nickel | Ni ccolum | Von ihm. „St. Nikolaus Kupfer“ | "Nickel" | |
| Quecksilber | H ydrar G Yrum | Lat. „flüssiges Silber“ | „Hydrargyrum“ | |
| Führen | P lum BÄh | Von lat. Namen einer Legierung aus Blei und Zinn. | „Plumbum“ | |
| Schwefel | S Schwefel | Von Sanskrit „brennbares Pulver“ | „es“ | |
| Silber | A R G entum | Aus dem Griechischen " Licht" | „Argentum“ | |
| Kohlenstoff | C Arboneum | Von lat. " Kohle" | „tse“ | |
| Phosphor | P Phosphorus | Aus dem Griechischen „Lichtbringer“ | „peh“ | |
| Fluor | F luorum | Von lat. Verb „fließen“ | "Fluor" | |
| Chlor | Cl orum | Aus dem Griechischen "grünlich" | "Chlor" | |
| Chrom | C H R Omium | Aus dem Griechischen „Farbstoff“ | "Chrom" | |
| Cäsium | C ae S ium | Von lat. "Himmelblau" | "Cäsium" | |
| Zink | Z ich N Sperma | Von ihm. "Zinn" | "Zink" | |
2.3. Chemische Formeln
Wird zur Bezeichnung chemischer Substanzen verwendet chemische Formeln.
Bei molekularen Stoffen kann eine chemische Formel ein Molekül dieses Stoffes bezeichnen.
Informationen zu einem Stoff können variieren, daher gibt es unterschiedliche Arten chemischer Formeln.
Abhängig von der Vollständigkeit der Informationen werden chemische Formeln in vier Haupttypen unterteilt: Protozoen,
molekular, strukturell Und räumlich.
Indizes in der einfachsten Formel haben keinen gemeinsamen Teiler.
Der Index „1“ wird in Formeln nicht verwendet.
Beispiele für einfachste Formeln: Wasser - H 2 O, Sauerstoff - O, Schwefel - S, Phosphoroxid - P 2 O 5, Butan - C 2 H 5, Phosphorsäure - H 3 PO 4, Natriumchlorid (Kochsalz) - NaCl.
Die einfachste Formel von Wasser (H 2 O) zeigt, dass die Zusammensetzung von Wasser das Element enthält Wasserstoff(H) und Element Sauerstoff(O) und in jedem Teil (ein Teil ist ein Teil von etwas, das geteilt werden kann, ohne seine Eigenschaften zu verlieren.) von Wasser ist die Anzahl der Wasserstoffatome doppelt so groß wie die Anzahl der Sauerstoffatome.
Anzahl der Partikel, einschließlich Anzahl der Atome, gekennzeichnet durch einen lateinischen Buchstaben N. Bezeichnet die Anzahl der Wasserstoffatome – N H, und die Anzahl der Sauerstoffatome ist N Oh, das können wir schreiben
Oder N H: N O=2:1.
Die einfachste Formel der Phosphorsäure (H 3 PO 4) zeigt, dass Phosphorsäure Atome enthält Wasserstoff, Atome Phosphor und Atome Sauerstoff, und das Verhältnis der Anzahl der Atome dieser Elemente in jedem Teil der Phosphorsäure beträgt 3:1:4, das heißt
NH: N P: N O=3:1:4.
Die einfachste Formel lässt sich für jeden einzelnen chemischen Stoff aufstellen, für einen molekularen Stoff darüber hinaus Molekularformel.
Beispiele für Summenformeln: Wasser – H 2 O, Sauerstoff – O 2, Schwefel – S 8, Phosphoroxid – P 4 O 10, Butan – C 4 H 10, Phosphorsäure – H 3 PO 4.
Nichtmolekulare Substanzen haben keine Summenformeln.
Die Reihenfolge beim Schreiben von Elementsymbolen in einfachen und molekularen Formeln wird durch die Regeln der chemischen Sprache bestimmt, mit denen Sie im Laufe Ihres Chemiestudiums vertraut werden. Die durch diese Formeln übermittelten Informationen werden durch die Reihenfolge der Symbole nicht beeinflusst.
Von den Zeichen, die die Struktur von Stoffen widerspiegeln, werden wir vorerst nur verwenden Valenzstrich("Bindestrich"). Dieses Zeichen zeigt die Anwesenheit des sogenannten zwischen den Atomen kovalente Bindung(Um welche Art von Verbindung es sich hierbei handelt und welche Funktionen sie bietet, erfahren Sie gleich).
In einem Wassermolekül ist ein Sauerstoffatom durch einfache (Einfach-)Bindungen mit zwei Wasserstoffatomen verbunden, die Wasserstoffatome sind jedoch nicht miteinander verbunden. Genau das zeigt die Strukturformel des Wassers deutlich. 
Ein weiteres Beispiel: das Schwefelmolekül S8. In diesem Molekül bilden 8 Schwefelatome einen achtgliedrigen Ring, in dem jedes Schwefelatom durch einfache Bindungen mit zwei anderen Atomen verbunden ist. Vergleichen Sie die Strukturformel von Schwefel mit dem in Abb. gezeigten dreidimensionalen Modell seines Moleküls. 3. Bitte beachten Sie, dass die Strukturformel von Schwefel nicht die Form seines Moleküls wiedergibt, sondern nur die Reihenfolge der Verbindung von Atomen durch kovalente Bindungen zeigt.
Die Strukturformel der Phosphorsäure zeigt, dass im Molekül dieser Substanz eines der vier Sauerstoffatome nur durch eine Doppelbindung mit dem Phosphoratom verbunden ist und das Phosphoratom wiederum durch Einfachbindungen mit drei weiteren Sauerstoffatomen verbunden ist . Jedes dieser drei Sauerstoffatome ist außerdem durch eine einfache Bindung mit einem der drei im Molekül vorhandenen Wasserstoffatome verbunden.
Vergleichen Sie das folgende dreidimensionale Modell eines Methanmoleküls mit seiner räumlichen, strukturellen und molekularen Formel:
|
|
|
In der Raumformel des Methans zeigen keilförmige Valenzstriche wie perspektivisch an, welches der Wasserstoffatome „näher bei uns“ und welches „weiter von uns entfernt“ ist.
Manchmal gibt die Raumformel Bindungslängen und Winkel zwischen Bindungen in einem Molekül an, wie am Beispiel eines Wassermoleküls gezeigt.
Nichtmolekulare Substanzen enthalten keine Moleküle. Zur Vereinfachung chemischer Berechnungen in einer nichtmolekularen Substanz wird die sogenannte Formeleinheit.
Beispiele für die Zusammensetzung der Formeleinheiten einiger Stoffe: 1) Siliziumdioxid (Quarzsand, Quarz) SiO 2 – eine Formeleinheit besteht aus einem Siliziumatom und zwei Sauerstoffatomen; 2) Natriumchlorid (Kochsalz) NaCl – die Formeleinheit besteht aus einem Natriumatom und einem Chloratom; 3) Eisen Fe – eine Formeleinheit besteht aus einem Eisenatom. Wie ein Molekül ist eine Formeleinheit der kleinste Teil einer Substanz, der seine chemischen Eigenschaften behält.
Tabelle 4
Informationen, die durch verschiedene Arten von Formeln vermittelt werden
Formeltyp |
Durch die Formel übermittelte Informationen. |
|
| Das einfachste Molekular Strukturell Räumlich |
|
|
Betrachten wir nun anhand von Beispielen, welche Informationen uns verschiedene Arten von Formeln geben.
1. Stoff: Essigsäure. Die einfachste Formel ist CH 2 O, die Summenformel ist C 2 H 4 O 2, die Strukturformel
Die einfachste Formel sagt uns das
1) Essigsäure enthält Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff;
2) In dieser Substanz verhält sich die Anzahl der Kohlenstoffatome zur Anzahl der Wasserstoffatome und zur Anzahl der Sauerstoffatome im Verhältnis 1:2:1 N H: N C: N O = 1:2:1.
Molekularformel fügt das hinzu
3) In einem Essigsäuremolekül gibt es 2 Kohlenstoffatome, 4 Wasserstoffatome und 2 Sauerstoffatome.
Strukturformel fügt das hinzu
4, 5) in einem Molekül sind zwei Kohlenstoffatome durch eine einfache Bindung miteinander verbunden; eines davon ist außerdem mit drei Wasserstoffatomen mit jeweils einer Einfachbindung verbunden, das andere mit zwei Sauerstoffatomen, eines mit einer Doppelbindung und das andere mit einer Einfachbindung; das letzte Sauerstoffatom ist noch durch eine einfache Bindung mit dem vierten Wasserstoffatom verbunden.
2. Substanz: Natriumchlorid.
Die einfachste Formel ist NaCl.
1) Natriumchlorid enthält Natrium und Chlor.
2) In dieser Substanz ist die Anzahl der Natriumatome gleich der Anzahl der Chloratome.
3. Substanz: Eisen.
Die einfachste Formel ist Fe.
1) Dieser Stoff enthält nur Eisen, ist also ein einfacher Stoff.
4. Substanz: Trimetaphosphorsäure . Die einfachste Formel ist HPO 3, die Summenformel ist H 3 P 3 O 9, die Strukturformel
1) Trimetaphosphorsäure enthält Wasserstoff, Phosphor und Sauerstoff.
2) N H: N P: N O = 1:1:3.
3) Das Molekül besteht aus drei Wasserstoffatomen, drei Phosphoratomen und neun Sauerstoffatomen.
4, 5) Drei Phosphoratome und drei Sauerstoffatome bilden abwechselnd einen sechsgliedrigen Zyklus. Alle Verbindungen im Zyklus sind einfach. Jedes Phosphoratom ist außerdem mit zwei weiteren Sauerstoffatomen verbunden, eines mit einer Doppelbindung und das andere mit einer Einfachbindung. Jedes der drei Sauerstoffatome, die durch einfache Bindungen mit Phosphoratomen verbunden sind, ist auch durch eine einfache Bindung mit einem Wasserstoffatom verbunden.
| Phosphorsäure – H 3 PO 4(ein anderer Name ist Orthophosphorsäure) ist eine transparente, farblose, kristalline Substanz mit molekularer Struktur, die bei 42 °C schmilzt. Diese Substanz löst sich sehr gut in Wasser und nimmt sogar Wasserdampf aus der Luft auf (hygroskopisch). Phosphorsäure wird in großen Mengen produziert und vor allem bei der Herstellung von Phosphatdüngern, aber auch in der chemischen Industrie, bei der Streichholzherstellung und sogar im Baugewerbe eingesetzt. Darüber hinaus wird Phosphorsäure bei der Herstellung von Zement in der Zahntechnik verwendet und ist in vielen Arzneimitteln enthalten. Da diese Säure recht günstig ist, wird in manchen Ländern, beispielsweise in den Vereinigten Staaten, Erfrischungsgetränken sehr reine, stark mit Wasser verdünnte Phosphorsäure zugesetzt, um die teure Zitronensäure zu ersetzen. |
| Methan - CH 4. Wenn Sie zu Hause einen Gasherd haben, dann begegnen Sie diesem Stoff täglich: Das Erdgas, das in den Brennern Ihres Herdes brennt, besteht zu 95 % aus Methan. Methan ist ein farb- und geruchloses Gas mit einem Siedepunkt von –161 °C. In Mischung mit Luft ist es explosiv, was die Explosionen und Brände erklärt, die manchmal in Kohlebergwerken auftreten (ein anderer Name für Methan ist Schlagwetter). Der dritte Name für Methan – Sumpfgas – ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Blasen dieses besonderen Gases vom Boden von Sümpfen aufsteigen, wo es durch die Aktivität bestimmter Bakterien entsteht. In der Industrie wird Methan als Brennstoff und Rohstoff für die Herstellung anderer Stoffe verwendet. Methan ist das einfachste Kohlenwasserstoff. Zu dieser Stoffklasse zählen auch Ethan (C 2 H 6), Propan (C 3 H 8), Ethylen (C 2 H 4), Acetylen (C 2 H 2) und viele weitere Stoffe. |
Tabelle 5.Beispiele für verschiedene Arten von Formeln für einige Stoffe-
Chemie ist die Wissenschaft von Stoffen, ihren Eigenschaften und Umwandlungen
.
Das heißt, wenn den Stoffen um uns herum nichts passiert, gilt dies nicht für die Chemie. Aber was bedeutet „nichts passiert“? Wenn uns plötzlich ein Gewitter auf dem Feld erwischt und wir alle nass sind, wie man sagt, „bis auf die Haut“, dann ist das nicht eine Veränderung: Die Kleidung war schließlich trocken, aber sie wurde nass.
Nehmen Sie zum Beispiel einen Eisennagel, feilen Sie ihn und bauen Sie ihn dann zusammen Eisenspäne (Fe) , dann ist das nicht auch eine Transformation: Da war ein Nagel – er wurde zu Pulver. Aber wenn man das Gerät dann zusammenbaut und durchführt Gewinnung von Sauerstoff (O 2): Aufheizen Kaliumpermanganat(KMpO 4) und sammle Sauerstoff in einem Reagenzglas und gib dann diese glühenden Eisenspäne hinein, dann werden sie mit einer hellen Flamme aufflammen und nach der Verbrennung zu einem braunen Pulver werden. Und das ist auch eine Transformation. Wo ist also die Chemie? Obwohl sich in diesen Beispielen die Form (Eisennagel) und der Zustand der Kleidung (trocken, nass) ändern, handelt es sich nicht um Transformationen. Tatsache ist, dass der Nagel selbst eine Substanz (Eisen) war und es trotz seiner unterschiedlichen Form auch blieb, und dass unsere Kleidung das Wasser des Regens aufnahm und es dann in die Atmosphäre verdunstete. Das Wasser selbst hat sich nicht verändert. Was sind Umwandlungen aus chemischer Sicht?
Aus chemischer Sicht sind Umwandlungen jene Phänomene, die mit einer Veränderung der Zusammensetzung eines Stoffes einhergehen. Nehmen wir als Beispiel den gleichen Nagel. Es kommt nicht darauf an, welche Form es nach dem Feilen annahm, sondern nachdem die Stücke daraus zusammengesetzt wurden Eisenspäne in eine Sauerstoffatmosphäre gebracht - es verwandelte sich in Eisenoxid(Fe 2 Ö 3 ) . Es hat sich also doch etwas geändert? Ja, es hat sich geändert. Es gab eine Substanz namens Nagel, aber unter dem Einfluss von Sauerstoff bildete sich eine neue Substanz – Elementoxid Drüse. Molekulare Gleichung Diese Umwandlung kann durch die folgenden chemischen Symbole dargestellt werden:
4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3 (1)
Für jemanden, der sich mit Chemie nicht auskennt, stellen sich sofort Fragen. Was ist „Molekülgleichung“, was ist Fe? Warum sind die Zahlen „4“, „3“, „2“? Was sind die kleinen Zahlen „2“ und „3“ in der Formel Fe 2 O 3? Das bedeutet, dass es an der Zeit ist, alles in Ordnung zu bringen.
Anzeichen chemischer Elemente.
Trotz der Tatsache, dass das Studium der Chemie in der 8. Klasse beginnt, manche sogar schon früher, kennen viele Menschen den großen russischen Chemiker D. I. Mendelejew. Und natürlich sein berühmtes „Periodensystem der chemischen Elemente“. Ansonsten wird es einfacher als „Periodensystem“ bezeichnet.
In dieser Tabelle sind die Elemente in der entsprechenden Reihenfolge angeordnet. Bis heute sind etwa 120 davon bekannt. Die Namen vieler Elemente sind uns schon seit langem bekannt. Dies sind: Eisen, Aluminium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Gold, Silizium. Früher benutzten wir diese Wörter ohne nachzudenken und identifizierten sie mit Gegenständen: einem Eisenbolzen, einem Aluminiumdraht, Sauerstoff in der Atmosphäre, einem Goldring usw. usw. Tatsächlich bestehen aber alle diese Stoffe (Bolzen, Draht, Ring) aus ihren entsprechenden Elementen. Das ganze Paradoxon besteht darin, dass das Element nicht berührt oder aufgenommen werden kann. Wie so? Sie stehen im Periodensystem, aber man kann sie nicht nehmen! Ja, das ist so. Ein chemisches Element ist ein abstrakter (also abstrakter) Begriff und wird in der Chemie sowie in anderen Wissenschaften für Berechnungen, das Aufstellen von Gleichungen und das Lösen von Problemen verwendet. Jedes Element unterscheidet sich vom anderen dadurch, dass es seine eigene Charakteristik hat elektronische Konfiguration eines Atoms. Die Anzahl der Protonen im Atomkern ist gleich der Anzahl der Elektronen in seinen Orbitalen. Wasserstoff ist beispielsweise Element Nr. 1. Sein Atom besteht aus 1 Proton und 1 Elektron. Helium ist Element Nr. 2. Sein Atom besteht aus 2 Protonen und 2 Elektronen. Lithium ist Element Nr. 3. Sein Atom besteht aus 3 Protonen und 3 Elektronen. Darmstadtium – Element Nr. 110. Sein Atom besteht aus 110 Protonen und 110 Elektronen.
Jedes Element wird durch ein bestimmtes Symbol, lateinische Buchstaben, gekennzeichnet und hat eine bestimmte aus dem Lateinischen übersetzte Lesart. Wasserstoff hat beispielsweise das Symbol "N", gelesen als „Hydrogenium“ oder „Asche“. Silizium hat das Symbol „Si“, das als „Silizium“ gelesen wird. Quecksilber hat ein Symbol „Hg“ und wird als „Hydrargyrum“ gelesen. Usw. Alle diese Notationen sind in jedem Chemielehrbuch der 8. Klasse zu finden. Das Wichtigste für uns ist jetzt, zu verstehen, dass es beim Aufstellen chemischer Gleichungen notwendig ist, mit den angegebenen Symbolen der Elemente zu arbeiten.
Einfache und komplexe Substanzen.
Bezeichnung verschiedener Stoffe mit einzelnen Symbolen chemischer Elemente (Hg Quecksilber, Fe Eisen, Cu Kupfer, Zn Zink, Al Aluminium) bezeichnen wir im Wesentlichen einfache Stoffe, also Stoffe, die aus Atomen der gleichen Art bestehen (die die gleiche Anzahl an Protonen und Neutronen in einem Atom enthalten). Wenn beispielsweise die Stoffe Eisen und Schwefel interagieren, dann nimmt die Gleichung die folgende Schreibweise an:
Fe + S = FeS (2)
Zu den einfachen Stoffen zählen Metalle (Ba, K, Na, Mg, Ag) sowie Nichtmetalle (S, P, Si, Cl 2, N 2, O 2, H 2). Darüber hinaus sollte man aufpassen
Besonderes Augenmerk ist auf die Tatsache zu richten, dass alle Metalle durch einzelne Symbole gekennzeichnet sind: K, Ba, Ca, Al, V, Mg usw. und Nichtmetalle entweder einfache Symbole sind: C, S, P oder unterschiedliche Indizes haben können, die darauf hinweisen ihre Molekülstruktur: H 2, Cl 2, O 2, J 2, P 4, S 8. Dies wird in Zukunft beim Erstellen von Gleichungen sehr wichtig sein. Es ist überhaupt nicht schwer zu erraten, dass komplexe Stoffe Stoffe sind, die aus Atomen unterschiedlicher Art gebildet werden, zum Beispiel
1). Oxide:
Aluminium Oxid Al 2 O 3, 
Natriumoxid Na2O,
Kupferoxid CuO,
Zinkoxid ZnO,
Titanoxid Ti2O3,
Kohlenmonoxid oder Kohlenmonoxid (+2) CO,
Schwefeloxid (+6) SO 3
2). Gründe dafür:
Eisenhydroxid(+3) Fe(OH) 3,
Kupferhydroxid Cu(OH)2,
Kaliumhydroxid oder Alkalikalium KOH,
Natriumhydroxid NaOH.
3). Säuren:
Salzsäure HCl,
schweflige Säure H2SO3,
Salpetersäure HNO3
4). Salze:
Natriumthiosulfat Na 2 S 2 O 3 ,
Natriumsulfat oder Glaubersalz Na2SO4,
Kalziumkarbonat oder Kalkstein CaCO 3,
Kupferchlorid CuCl2
5). Organische Substanz:
Natriumacetat CH 3 COONA,
Methan CH 4,
Acetylen C 2 H 2,
Glucose C 6 H 12 O 6
Nachdem wir schließlich die Struktur verschiedener Substanzen herausgefunden haben, können wir mit dem Schreiben chemischer Gleichungen beginnen.
Chemische Gleichung.
Das Wort „Gleichung“ selbst leitet sich vom Wort „equalize“ ab, d. h. etwas in gleiche Teile teilen. In der Mathematik bilden Gleichungen fast den Kern dieser Wissenschaft. Sie können beispielsweise eine einfache Gleichung angeben, bei der die linke und rechte Seite gleich „2“ sind:
40: (9 + 11) = (50 x 2): (80 – 30);
Und in chemischen Gleichungen gilt das gleiche Prinzip: Die linke und rechte Seite der Gleichung müssen der gleichen Anzahl von Atomen und daran beteiligten Elementen entsprechen. Oder, wenn eine Ionengleichung gegeben ist, dann darin Anzahl der Teilchen muss diese Anforderung ebenfalls erfüllen. Eine chemische Gleichung ist eine konventionelle Darstellung einer chemischen Reaktion unter Verwendung chemischer Formeln und mathematischer Symbole. Eine chemische Gleichung spiegelt von Natur aus die eine oder andere chemische Reaktion wider, also den Prozess der Wechselwirkung von Stoffen, bei dem neue Stoffe entstehen. Es ist zum Beispiel notwendig Schreiben Sie eine Molekülgleichung Reaktionen, an denen sie beteiligt sind Bariumchlorid BaCl 2 und Schwefelsäure H 2 SO 4. Als Ergebnis dieser Reaktion entsteht ein unlöslicher Niederschlag - Bariumsulfat BaSO 4 und Salzsäure HCl:
BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl (3)
Zunächst muss man verstehen, dass die große Zahl „2“, die vor der Substanz HCl steht, als Koeffizient bezeichnet wird und die kleinen Zahlen „2“, „4“ unter den Formeln BaCl 2, H 2 SO 4, BaSO 4 werden als Indizes bezeichnet. Sowohl Koeffizienten als auch Indizes in chemischen Gleichungen fungieren als Multiplikatoren und nicht als Summanden. Um eine chemische Gleichung richtig zu schreiben, benötigen Sie Ordnen Sie Koeffizienten in der Reaktionsgleichung zu. Beginnen wir nun mit der Zählung der Atome der Elemente auf der linken und rechten Seite der Gleichung. Auf der linken Seite der Gleichung: Die Substanz BaCl 2 enthält 1 Bariumatom (Ba), 2 Chloratome (Cl). In der Substanz H 2 SO 4: 2 Wasserstoffatome (H), 1 Schwefelatom (S) und 4 Sauerstoffatome (O). Auf der rechten Seite der Gleichung: In der Substanz BaSO 4 gibt es 1 Bariumatom (Ba), 1 Schwefelatom (S) und 4 Sauerstoffatome (O), in der Substanz HCl: 1 Wasserstoffatom (H) und 1 Chlor Atom (Cl). Daraus folgt, dass auf der rechten Seite der Gleichung die Anzahl der Wasserstoff- und Chloratome halb so groß ist wie auf der linken Seite. Daher muss vor der HCl-Formel auf der rechten Seite der Gleichung der Koeffizient „2“ eingesetzt werden. Wenn wir nun links und rechts die Anzahl der Atome der an dieser Reaktion beteiligten Elemente addieren, erhalten wir folgende Bilanz:
Auf beiden Seiten der Gleichung ist die Anzahl der Atome der an der Reaktion beteiligten Elemente gleich, daher ist sie korrekt zusammengesetzt.
Chemische Gleichung und chemische Reaktionen
Wie wir bereits herausgefunden haben, sind chemische Gleichungen ein Spiegelbild chemischer Reaktionen. Chemische Reaktionen sind jene Phänomene, bei denen die Umwandlung eines Stoffes in einen anderen stattfindet. Unter ihrer Vielfalt lassen sich zwei Haupttypen unterscheiden:
1). Zusammengesetzte Reaktionen
2). Zersetzungsreaktionen.
Die überwiegende Mehrheit der chemischen Reaktionen gehört zu den Additionsreaktionen, da es bei einem einzelnen Stoff selten zu Veränderungen seiner Zusammensetzung kommen kann, wenn dieser keinen äußeren Einflüssen (Auflösung, Erhitzung, Lichteinwirkung) ausgesetzt ist. Nichts charakterisiert ein chemisches Phänomen oder eine chemische Reaktion besser als die Veränderungen, die bei der Wechselwirkung zweier oder mehrerer Stoffe auftreten. Solche Phänomene können spontan auftreten und mit einem Temperaturanstieg oder -abfall, Lichteffekten, Farbveränderungen, Sedimentbildung, Freisetzung gasförmiger Produkte und Lärm einhergehen.
Der Übersichtlichkeit halber stellen wir mehrere Gleichungen vor, die die Prozesse zusammengesetzter Reaktionen widerspiegeln, bei denen wir erhalten Natriumchlorid(NaCl), Zinkchlorid(ZnCl2), Silberchlorid-Niederschlag(AgCl), Aluminiumchlorid(AlCl 3)
Cl 2 + 2Nа = 2NaCl (4)
CuCl 2 + Zn = ZnCl 2 + Cu (5)
AgNO 3 + KCl = AgCl + 2KNO 3 (6)
3HCl + Al(OH) 3 = AlCl 3 + 3H 2 O (7)
Unter den Reaktionen der Verbindung sind folgende besonders hervorzuheben: : Auswechslung (5), Austausch (6) und als Sonderfall einer Austauschreaktion – die Reaktion Neutralisation (7).
Substitutionsreaktionen umfassen solche, bei denen Atome einer einfachen Substanz Atome eines der Elemente in einer komplexen Substanz ersetzen. In Beispiel (5) ersetzen Zinkatome Kupferatome aus der CuCl 2 -Lösung, während Zink in das lösliche Salz ZnCl 2 übergeht und Kupfer im metallischen Zustand aus der Lösung freigesetzt wird.
Unter Austauschreaktionen versteht man solche Reaktionen, bei denen zwei komplexe Stoffe ihre Bestandteile austauschen. Im Falle der Reaktion (6) bilden die löslichen Salze AgNO 3 und KCl beim Zusammenführen beider Lösungen einen unlöslichen Niederschlag des AgCl-Salzes. Gleichzeitig tauschen sie ihre Bestandteile aus - Kationen und Anionen. Den NO 3 -Anionen werden Kaliumkationen K + und den Cl – - Anionen Silberkationen Ag + zugesetzt.
Ein besonderer Sonderfall von Austauschreaktionen ist die Neutralisationsreaktion. Zu den Neutralisationsreaktionen zählen Reaktionen, bei denen Säuren mit Basen reagieren und dabei Salz und Wasser entstehen. In Beispiel (7) reagiert Salzsäure HCl mit der Base Al(OH) 3 zum Salz AlCl 3 und Wasser. Dabei werden Aluminiumkationen Al 3+ aus der Base durch Cl – Anionen aus der Säure ausgetauscht. Was passiert am Ende Neutralisation von Salzsäure.
Zu den Zersetzungsreaktionen gehören solche, bei denen aus einem komplexen Stoff zwei oder mehr neue einfache oder komplexe Stoffe, jedoch einfacherer Zusammensetzung, entstehen. Beispiele für Reaktionen sind solche, bei denen sich 1) zersetzt. Kaliumnitrat(KNO 3) unter Bildung von Kaliumnitrit (KNO 2) und Sauerstoff (O 2); 2). Kaliumpermanganat(KMnO 4): Es entsteht Kaliummanganat (K 2 MnO 4), Manganoxid(MnO 2) und Sauerstoff (O 2); 3). Calciumcarbonat bzw Marmor; dabei entstehen KohlensäureGas(CO2) und Calciumoxid(CaO)
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2 (8)
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 (9)
CaCO 3 = CaO + CO 2 (10)
In Reaktion (8) werden aus einem komplexen Stoff ein komplexer und ein einfacher Stoff gebildet. In Reaktion (9) gibt es zwei komplexe und eine einfache. In Reaktion (10) gibt es zwei komplexe Substanzen, deren Zusammensetzung jedoch einfacher ist
Alle Klassen komplexer Stoffe unterliegen der Zersetzung:
1). Oxide: Silberoxid 2Ag 2 O = 4Ag + O 2 (11)
2). Hydroxide: Eisenhydroxid 2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O (12)
3). Säuren: Schwefelsäure H 2 SO 4 = SO 3 + H 2 O (13)
4). Salze: Kalziumkarbonat CaCO 3 = CaO + CO 2 (14)
5). Organische Substanz: alkoholische Gärung von Glukose
C 6 H 12 O 6 = 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (15)
Nach einer anderen Klassifikation lassen sich alle chemischen Reaktionen in zwei Typen einteilen: Reaktionen, die Wärme freisetzen, nennt man exotherm, und Reaktionen, die bei der Aufnahme von Wärme auftreten - endothermisch. Das Kriterium für solche Prozesse ist thermischer Effekt der Reaktion. Zu den exothermen Reaktionen zählen in der Regel Oxidationsreaktionen, d. h. Wechselwirkung mit Sauerstoff zum Beispiel Methanverbrennung:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q (16)
und zu endothermen Reaktionen – Zersetzungsreaktionen, die bereits oben (11) – (15) angegeben wurden. Das Q-Zeichen am Ende der Gleichung gibt an, ob während der Reaktion Wärme abgegeben (+Q) oder absorbiert (-Q) wird:
CaCO 3 = CaO+CO 2 - Q (17)
Sie können alle chemischen Reaktionen auch nach der Art der Änderung des Oxidationsgrades der an ihren Umwandlungen beteiligten Elemente betrachten. Beispielsweise ändern in Reaktion (17) die daran beteiligten Elemente ihre Oxidationsstufen nicht:
Ca +2 C +4 O 3 -2 = Ca +2 O -2 +C +4 O 2 -2 (18)
Und in Reaktion (16) ändern die Elemente ihre Oxidationsstufen:
2Mg 0 + O 2 0 = 2Mg +2 O -2
Reaktionen dieser Art sind Redox . Sie werden gesondert betrachtet. Um Gleichungen für Reaktionen dieses Typs zu erstellen, müssen Sie verwenden Halbreaktionsmethode und bewerben elektronische Gleichgewichtsgleichung.
Nachdem Sie die verschiedenen Arten chemischer Reaktionen vorgestellt haben, können Sie mit dem Prinzip der Erstellung chemischer Gleichungen fortfahren, d. h. mit der Auswahl der Koeffizienten auf der linken und rechten Seite.
Mechanismen zum Aufstellen chemischer Gleichungen.
Welcher Art eine chemische Reaktion auch immer angehört, ihre Aufzeichnung (chemische Gleichung) muss der Bedingung entsprechen, dass die Anzahl der Atome vor und nach der Reaktion gleich ist.
Es gibt Gleichungen (17), die keiner Entzerrung bedürfen, d.h. Platzierung der Koeffizienten. Aber in den meisten Fällen, wie in den Beispielen (3), (7), (15), ist es notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, die darauf abzielen, die linke und rechte Seite der Gleichung auszugleichen. Welche Grundsätze sind in solchen Fällen zu beachten? Gibt es ein System zur Auswahl der Quoten? Es gibt, und nicht nur einen. Zu diesen Systemen gehören:
1). Auswahl der Koeffizienten nach vorgegebenen Formeln.
2). Zusammenstellung nach Valenzen reagierender Substanzen.
3). Anordnung der reagierenden Stoffe nach Oxidationsstufen.
Im ersten Fall wird davon ausgegangen, dass wir die Formeln der reagierenden Stoffe sowohl vor als auch nach der Reaktion kennen. Nehmen wir zum Beispiel die folgende Gleichung:
N 2 + O 2 →N 2 O 3 (19)
Es ist allgemein anerkannt, dass das Gleichheitszeichen (=) nicht in die Gleichung eingefügt, sondern durch einen Pfeil (→) ersetzt wird, bis die Gleichheit zwischen den Atomen der Elemente vor und nach der Reaktion hergestellt ist. Kommen wir nun zur eigentlichen Anpassung. Auf der linken Seite der Gleichung befinden sich zwei Stickstoffatome (N 2) und zwei Sauerstoffatome (O 2) und auf der rechten Seite zwei Stickstoffatome (N 2) und drei Sauerstoffatome (O 3). Es besteht keine Notwendigkeit, die Anzahl der Stickstoffatome anzugleichen, aber in Bezug auf den Sauerstoff ist es notwendig, Gleichheit zu erreichen, da vor der Reaktion zwei Atome beteiligt waren und nach der Reaktion drei Atome. Lassen Sie uns das folgende Diagramm erstellen:
vor der Reaktion nach der Reaktion
O 2 O 3
Bestimmen wir das kleinste Vielfache zwischen der angegebenen Anzahl von Atomen, es ist „6“.
O 2 O 3
\ 6 /
Teilen wir diese Zahl auf der linken Seite der Sauerstoffgleichung durch „2“. Wir erhalten die Zahl „3“ und setzen sie in die zu lösende Gleichung ein:
N 2 + 3O 2 →N 2 O 3
Wir teilen auch die Zahl „6“ für die rechte Seite der Gleichung durch „3“. Wir erhalten die Zahl „2“ und setzen sie auch in die zu lösende Gleichung ein:
N 2 + 3O 2 → 2N 2 O 3
Die Anzahl der Sauerstoffatome auf der linken und rechten Seite der Gleichung betrug jeweils 6 Atome:
Aber die Anzahl der Stickstoffatome auf beiden Seiten der Gleichung wird einander nicht entsprechen:
Das linke hat zwei Atome, das rechte hat vier Atome. Um Gleichheit zu erreichen, ist es daher notwendig, die Stickstoffmenge auf der linken Seite der Gleichung zu verdoppeln und den Koeffizienten auf „2“ zu setzen:
Somit wird Stickstoffgleichheit beobachtet und im Allgemeinen hat die Gleichung die Form:
2N 2 + 3О 2 → 2N 2 О 3
Jetzt können Sie in die Gleichung anstelle eines Pfeils ein Gleichheitszeichen einfügen:
2N 2 + 3О 2 = 2N 2 О 3 (20)
Lassen Sie uns ein weiteres Beispiel geben. Es ergibt sich folgende Reaktionsgleichung:
P + Cl 2 → PCl 5
Auf der linken Seite der Gleichung befinden sich ein Phosphoratom (P) und zwei Chloratome (Cl 2) und auf der rechten Seite ein Phosphoratom (P) und fünf Sauerstoffatome (Cl 5). Es besteht keine Notwendigkeit, die Anzahl der Phosphoratome anzugleichen, aber in Bezug auf Chlor muss Gleichheit erreicht werden, da vor der Reaktion zwei Atome beteiligt waren und nach der Reaktion fünf Atome. Lassen Sie uns das folgende Diagramm erstellen:
vor der Reaktion nach der Reaktion
Cl 2 Cl 5
Bestimmen wir das kleinste Vielfache zwischen der angegebenen Anzahl von Atomen, es ist „10“.
Cl 2 Cl 5
\ 10 /
Teilen Sie diese Zahl auf der linken Seite der Chlorgleichung durch „2“. Nehmen wir die Zahl „5“ und setzen sie in die zu lösende Gleichung ein:
P + 5Cl 2 → PCl 5
Wir teilen auch die Zahl „10“ für die rechte Seite der Gleichung durch „5“. Wir erhalten die Zahl „2“ und setzen sie auch in die zu lösende Gleichung ein:
P + 5Cl 2 → 2РCl 5
Die Anzahl der Chloratome auf der linken und rechten Seite der Gleichung betrug jeweils 10 Atome:
Aber die Anzahl der Phosphoratome auf beiden Seiten der Gleichung wird einander nicht entsprechen:
Um Gleichheit zu erreichen, ist es daher notwendig, die Phosphormenge auf der linken Seite der Gleichung zu verdoppeln, indem man den Koeffizienten „2“ setzt:
Somit wird Gleichheit bei Phosphor beobachtet und im Allgemeinen hat die Gleichung die Form:
2Р + 5Cl 2 = 2РCl 5 (21)
Beim Verfassen von Gleichungen nach Valenzen muss gegeben werden Valenzbestimmung und Werte für die bekanntesten Elemente festlegen. Valenz ist eines der früher verwendeten Konzepte, wird jedoch derzeit in einer Reihe von Schulprogrammen nicht verwendet. Aber mit seiner Hilfe ist es einfacher, die Prinzipien der Aufstellung von Gleichungen chemischer Reaktionen zu erklären. Unter Valenz versteht man die Anzahl der chemischen Bindungen, die ein Atom mit einem oder mehreren anderen Atomen eingehen kann . Die Wertigkeit hat kein Vorzeichen (+ oder -) und wird durch römische Ziffern angegeben, normalerweise über den Symbolen chemischer Elemente, zum Beispiel:
Woher kommen diese Werte? Wie verwendet man sie beim Schreiben chemischer Gleichungen? Die Zahlenwerte der Wertigkeiten der Elemente stimmen mit ihrer Gruppennummer des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev überein (Tabelle 1).
Für andere Elemente Valenzwerte können andere Werte haben, jedoch niemals größer als die Nummer der Gruppe, in der sie sich befinden. Darüber hinaus nehmen die Wertigkeiten der Elemente für gerade Gruppenzahlen (IV und VI) nur gerade Werte an, und für ungerade können sie sowohl gerade als auch ungerade Werte annehmen (Tabelle 2).
Natürlich gibt es für einige Elemente Ausnahmen von den Valenzwerten, aber im Einzelfall werden diese Punkte meist angegeben. Betrachten wir nun das allgemeine Prinzip der Erstellung chemischer Gleichungen auf der Grundlage gegebener Wertigkeiten für bestimmte Elemente. Am häufigsten ist diese Methode akzeptabel, wenn Gleichungen für chemische Reaktionen von Verbindungen einfacher Substanzen erstellt werden, beispielsweise bei der Wechselwirkung mit Sauerstoff ( Oxidationsreaktionen). Nehmen wir an, Sie müssen eine Oxidationsreaktion darstellen Aluminium. Aber erinnern wir uns daran, dass Metalle durch einzelne Atome (Al) und Nichtmetalle im gasförmigen Zustand durch die Indizes „2“ – (O 2) gekennzeichnet werden. Schreiben wir zunächst das allgemeine Reaktionsschema:
Al + О 2 →AlО
Derzeit ist noch nicht bekannt, wie Aluminiumoxid richtig geschrieben werden soll. Und genau in diesem Stadium kommt uns das Wissen über die Wertigkeiten der Elemente zugute. Stellen wir Aluminium und Sauerstoff über die erwartete Formel dieses Oxids:
III II
Al O
Danach werden wir „Kreuz“-auf-„Kreuz“ für diese Elementsymbole die entsprechenden Indizes unten einfügen:
III II
Al 2 O 3
Zusammensetzung einer chemischen Verbindung Al 2 O 3 bestimmt. Das weitere Diagramm der Reaktionsgleichung hat die Form:
Al+ O 2 →Al 2 O 3
Es bleibt nur noch, den linken und rechten Teil auszugleichen. Gehen wir genauso vor wie beim Zusammenstellen von Gleichung (19). Gleichen wir die Anzahl der Sauerstoffatome aus, indem wir das kleinste Vielfache ermitteln:
vor der Reaktion nach der Reaktion
O 2 O 3
\ 6 /
Teilen wir diese Zahl auf der linken Seite der Sauerstoffgleichung durch „2“. Nehmen wir die Zahl „3“ und setzen sie in die zu lösende Gleichung ein. Wir teilen auch die Zahl „6“ für die rechte Seite der Gleichung durch „3“. Wir erhalten die Zahl „2“ und setzen sie auch in die zu lösende Gleichung ein:
Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
Um Gleichheit bei Aluminium zu erreichen, muss seine Menge auf der linken Seite der Gleichung angepasst werden, indem der Koeffizient auf „4“ gesetzt wird:
4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
Somit wird Gleichheit für Aluminium und Sauerstoff beobachtet und im Allgemeinen wird die Gleichung ihre endgültige Form annehmen:
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 (22)
Mit der Valenzmethode können Sie vorhersagen, welcher Stoff bei einer chemischen Reaktion entsteht und wie seine Formel aussehen wird. Nehmen wir an, dass die Verbindung mit Stickstoff und Wasserstoff mit den entsprechenden Valenzen III und I reagiert. Schreiben wir das allgemeine Reaktionsschema:
N 2 + N 2 → NH
Für Stickstoff und Wasserstoff setzen wir die Wertigkeiten über die erwartete Formel dieser Verbindung:
Wie zuvor „Kreuz“ auf „Kreuz“ für diese Elementsymbole, setzen wir unten die entsprechenden Indizes ein:
III I
NH 3
Das weitere Diagramm der Reaktionsgleichung hat die Form:
N 2 + N 2 → NH 3
Indem wir auf bekannte Weise durch das kleinste Vielfache für Wasserstoff gleich „6“ gleichsetzen, erhalten wir die erforderlichen Koeffizienten und die Gleichung als Ganzes:
N 2 + 3H 2 = 2NH 3 (23)
Beim Zusammenstellen von Gleichungen nach Oxidationsstufen Reaktanten muss man bedenken, dass der Oxidationszustand eines bestimmten Elements die Anzahl der Elektronen ist, die während einer chemischen Reaktion aufgenommen oder abgegeben werden. Oxidationszustand in Verbindungen Grundsätzlich stimmt es numerisch mit den Wertigkeitswerten des Elements überein. Aber sie unterscheiden sich im Vorzeichen. Beispielsweise ist für Wasserstoff die Wertigkeit I und die Oxidationsstufe (+1) oder (-1). Für Sauerstoff ist die Wertigkeit II und die Oxidationsstufe -2. Für Stickstoff sind die Valenzen I, II, III, IV, V und die Oxidationsstufen (-3), (+1), (+2), (+3), (+4), (+5). , usw. . Die Oxidationsstufen der in Gleichungen am häufigsten verwendeten Elemente sind in Tabelle 3 angegeben.
Bei Verbindungsreaktionen ist das Prinzip der Zusammenstellung von Gleichungen nach Oxidationsstufen das gleiche wie bei der Zusammenstellung nach Valenzen. Geben wir zum Beispiel die Gleichung für die Oxidation von Chlor mit Sauerstoff an, bei der Chlor eine Verbindung mit der Oxidationsstufe +7 bildet. Schreiben wir die vorgeschlagene Gleichung auf:
Cl 2 + O 2 → ClO
Platzieren wir die Oxidationsstufen der entsprechenden Atome über der vorgeschlagenen Verbindung ClO:
Wie in den vorherigen Fällen stellen wir fest, dass das erforderliche ist zusammengesetzte Formel wird die Form annehmen:
7 -2
Cl 2 O 7
Die Reaktionsgleichung wird die folgende Form annehmen:
Cl 2 + O 2 → Cl 2 O 7
Indem wir Sauerstoff gleichsetzen und das kleinste Vielfache zwischen zwei und sieben finden, gleich „14“, stellen wir schließlich die Gleichheit her:
2Cl 2 + 7O 2 = 2Cl 2 O 7 (24)
Bei der Zusammenstellung von Austausch-, Neutralisations- und Substitutionsreaktionen muss bei Oxidationsstufen eine etwas andere Methode angewendet werden. In manchen Fällen ist es schwierig herauszufinden: Welche Verbindungen entstehen bei der Wechselwirkung komplexer Stoffe?
Wie findet man heraus: Was passiert im Reaktionsprozess?
Woher wissen Sie eigentlich, welche Reaktionsprodukte bei einer bestimmten Reaktion entstehen können? Was entsteht beispielsweise, wenn Bariumnitrat und Kaliumsulfat reagieren?
Ba(NO 3) 2 + K 2 SO 4 → ?
Vielleicht BaK 2 (NO 3) 2 + SO 4? Oder Ba + NO 3 SO 4 + K 2? Oder etwas anderes? Bei dieser Reaktion entstehen natürlich folgende Verbindungen: BaSO 4 und KNO 3. Woher ist das bekannt? Und wie schreibt man Stoffformeln richtig? Beginnen wir mit dem, was am häufigsten übersehen wird: dem Konzept der „Austauschreaktion“. Das bedeutet, dass bei diesen Reaktionen Stoffe ihre Bestandteile untereinander austauschen. Da Austauschreaktionen meist zwischen Basen, Säuren oder Salzen durchgeführt werden, sind die Teile, mit denen sie ausgetauscht werden, Metallkationen (Na +, Mg 2+, Al 3+, Ca 2+, Cr 3+), H + -Ionen oder OH -, Anionen - Säurereste (Cl -, NO 3 2-, SO 3 2-, SO 4 2-, CO 3 2-, PO 4 3-). Im Allgemeinen kann die Austauschreaktion in der folgenden Notation angegeben werden:
Kt1An1 + Kt2An1 = Kt1An2 + Kt2An1 (25)
Dabei sind Kt1 und Kt2 die Metallkationen (1) und (2) und An1 und An2 die entsprechenden Anionen (1) und (2). Dabei ist zu berücksichtigen, dass in Verbindungen vor und nach der Reaktion immer an erster Stelle Kationen und an zweiter Stelle Anionen eingebaut werden. Daher, wenn die Reaktion auftritt Kaliumchlorid Und Silbernitrat, beide in gelöstem Zustand
KCl + AgNO 3 →
dann entstehen dabei die Stoffe KNO 3 und AgCl und die entsprechende Gleichung hat die Form:
KCl + AgNO 3 =KNO 3 + AgCl (26)
Bei Neutralisationsreaktionen verbinden sich Protonen von Säuren (H +) mit Hydroxylanionen (OH -) zu Wasser (H 2 O):
HCl + KOH = KCl + H 2 O (27)
Die Oxidationsstufen von Metallkationen und die Ladungen von Anionen saurer Reste sind in der Tabelle der Löslichkeit von Stoffen (Säuren, Salze und Basen in Wasser) angegeben. Die horizontale Linie zeigt Metallkationen und die vertikale Linie zeigt die Anionen von Säureresten.
Auf dieser Grundlage müssen bei der Aufstellung einer Gleichung für eine Austauschreaktion zunächst auf der linken Seite die Oxidationsstufen der in diesem chemischen Prozess entstehenden Teilchen ermittelt werden. Sie müssen beispielsweise eine Gleichung für die Wechselwirkung zwischen Calciumchlorid und Natriumcarbonat aufstellen. Erstellen wir das erste Diagramm dieser Reaktion:
CaCl + NaCO 3 →
Ca 2+ Cl - + Na + CO 3 2- →
Nachdem wir die bereits bekannte „Kreuz“-auf-„Kreuz“-Aktion durchgeführt haben, bestimmen wir die tatsächlichen Formeln der Ausgangsstoffe:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 →
Basierend auf dem Prinzip des Austauschs von Kationen und Anionen (25) werden wir vorläufige Formeln für die bei der Reaktion entstehenden Stoffe aufstellen:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 + NaCl
Platzieren wir die entsprechenden Ladungen über ihren Kationen und Anionen:
Ca 2+ CO 3 2- + Na + Cl -
Stoffformeln richtig geschrieben, entsprechend den Ladungen von Kationen und Anionen. Erstellen wir eine vollständige Gleichung und gleichen die linke und rechte Seite für Natrium und Chlor an:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2NaCl (28)
Als weiteres Beispiel ist hier die Gleichung für die Neutralisationsreaktion zwischen Bariumhydroxid und Phosphorsäure:
VaON + NPO 4 →
Platzieren wir die entsprechenden Ladungen über den Kationen und Anionen:
Ba 2+ OH - + H + PO 4 3- →
Lassen Sie uns die tatsächlichen Formeln der Ausgangsstoffe ermitteln:
Ba(OH) 2 + H 3 PO 4 →
Basierend auf dem Prinzip des Austauschs von Kationen und Anionen (25) werden wir vorläufige Formeln für die bei der Reaktion gebildeten Stoffe aufstellen, wobei wir berücksichtigen, dass bei einer Austauschreaktion einer der Stoffe unbedingt Wasser sein muss:
Ba(OH) 2 + H 3 PO 4 → Ba 2+ PO 4 3- + H 2 O
Lassen Sie uns die korrekte Schreibweise für die Formel des bei der Reaktion gebildeten Salzes ermitteln:
Ba(OH) 2 + H 3 PO 4 → Ba 3 (PO 4) 2 + H 2 O
Lassen Sie uns die linke Seite der Gleichung für Barium ausgleichen:
3Ba (OH) 2 + H 3 PO 4 → Ba 3 (PO 4) 2 + H 2 O
Da auf der rechten Seite der Gleichung der Orthophosphorsäurerest doppelt genommen wird, (PO 4) 2, muss auf der linken Seite auch seine Menge verdoppelt werden:
3Ba (OH) 2 + 2H 3 PO 4 → Ba 3 (PO 4) 2 + H 2 O
Es bleibt die Anzahl der Wasserstoff- und Sauerstoffatome auf der rechten Seite des Wassers abzugleichen. Da auf der linken Seite die Gesamtzahl der Wasserstoffatome 12 beträgt, muss sie auf der rechten Seite ebenfalls zwölf entsprechen, daher ist sie vor der Formel für Wasser notwendig Legen Sie den Koeffizienten fest„6“ (da das Wassermolekül bereits 2 Wasserstoffatome hat). Auch für Sauerstoff gilt die Gleichheit: links ist 14 und rechts ist 14. Die Gleichung hat also die richtige geschriebene Form:
3Ba (OH) 2 + 2H 3 PO 4 → Ba 3 (PO 4) 2 + 6H 2 O (29)
Möglichkeit chemischer Reaktionen
Die Welt besteht aus einer großen Vielfalt an Stoffen. Auch die Zahl der Varianten chemischer Reaktionen zwischen ihnen ist unübersehbar. Aber können wir, nachdem wir diese oder jene Gleichung auf Papier geschrieben haben, sagen, dass ihr eine chemische Reaktion entsprechen wird? Es gibt ein Missverständnis, wenn es richtig ist Legen Sie die Quoten fest in der Gleichung, dann wird es in der Praxis machbar sein. Wenn wir zum Beispiel nehmen Schwefelsäurelösung und lege es hinein Zink, dann können Sie den Prozess der Wasserstoffentwicklung beobachten:
Zn+ H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 (30)
Wenn jedoch Kupfer in dieselbe Lösung getropft wird, ist der Prozess der Gasentwicklung nicht zu beobachten. Die Reaktion ist nicht durchführbar.
Cu+ H 2 SO 4 ≠
Wenn konzentrierte Schwefelsäure eingenommen wird, reagiert diese mit Kupfer:
Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O (31)
Bei der Reaktion (23) zwischen den Gasen Stickstoff und Wasserstoff beobachten wir thermodynamisches Gleichgewicht, diese. wie viele Moleküle Pro Zeiteinheit entsteht Ammoniak NH 3, die gleiche Menge davon zerfällt wieder in Stickstoff und Wasserstoff. Verschiebung des chemischen Gleichgewichts kann durch Erhöhung des Drucks und Verringerung der Temperatur erreicht werden
N 2 + 3H 2 = 2NH 3
Wenn du nimmst Kaliumhydroxidlösung und gieße es über ihn Natriumsulfatlösung, dann werden keine Änderungen beobachtet, die Reaktion wird nicht durchführbar sein:
KOH + Na 2 SO 4 ≠
Natriumchloridlösung Bei der Wechselwirkung mit Brom entsteht kein Brom, obwohl diese Reaktion als Substitutionsreaktion klassifiziert werden kann:
NaCl + Br 2 ≠
Was sind die Gründe für solche Abweichungen? Der Punkt ist, dass es nicht ausreicht, nur richtig zu bestimmen zusammengesetzte Formeln, ist es notwendig, die Besonderheiten der Wechselwirkung von Metallen mit Säuren zu kennen, die Löslichkeitstabelle von Stoffen gekonnt zu nutzen und die Substitutionsregeln in der Aktivitätsreihe von Metallen und Halogenen zu kennen. In diesem Artikel werden nur die grundlegendsten Prinzipien beschrieben Weisen Sie Koeffizienten in Reaktionsgleichungen zu, Wie Molekülgleichungen schreiben, Wie Bestimmen Sie die Zusammensetzung einer chemischen Verbindung.
Chemie als Wissenschaft ist äußerst vielfältig und vielschichtig. Der obige Artikel spiegelt nur einen kleinen Teil der in der realen Welt ablaufenden Prozesse wider. Typen, thermochemische Gleichungen, Elektrolyse, Prozesse der organischen Synthese und vieles mehr. Aber mehr dazu in zukünftigen Artikeln.
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Nun, um unsere Bekanntschaft mit Alkoholen zu vervollständigen, werde ich auch die Formel einer anderen bekannten Substanz nennen – Cholesterin. Nicht jeder weiß, dass es sich um einen einwertigen Alkohol handelt!
|`/`\\`|<`|w>`\`/|<`/w$color(red)HO$color()>\/`|0/`|/\<`|w>|_q_q_q<-dH>:a_q|0<|dH>`/<`|wH>`\|dH; #a_(A-72)<_(A-120,d+)>-/-/<->`\
Ich habe die Hydroxylgruppe darin rot markiert.
Carbonsäuren
Jeder Winzer weiß, dass Wein ohne Luftzugang gelagert werden sollte. Sonst wird es sauer. Aber Chemiker kennen den Grund: Wenn man einem Alkohol ein weiteres Sauerstoffatom hinzufügt, entsteht eine Säure.Schauen wir uns die Formeln von Säuren an, die aus uns bereits bekannten Alkoholen gewonnen werden:
| Substanz | Skelettformel | Bruttoformel | ||
|---|---|---|---|---|
| Methansäure (Ameisensäure) |
H/C`|O|\OH | HCOOH | OH | |
| Essigsäure (Essigsäure) |
H-C-C\OH; H|#C|H | CH3-COOH | /`|O|\OH | |
| Propansäure (Methylessigsäure) |
H-C-C-C\OH; H|#2|H; H|#3|H | CH3-CH2-COOH | \/`|O|\OH | |
| Butansäure (Buttersäure) |
H-C-C-C-C\OH; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H | CH3-CH2-CH2-COOH | /\/`|O|\OH | |
| Verallgemeinerte Formel | (R)-C\OH | (R)-COOH oder (R)-CO2H | (R)/`|O|\OH |
Eine Besonderheit organischer Säuren ist das Vorhandensein einer Carboxylgruppe (COOH), die diesen Substanzen saure Eigenschaften verleiht.
Jeder, der Essig probiert hat, weiß, dass er sehr sauer ist. Der Grund dafür ist die darin enthaltene Essigsäure. Typischerweise enthält Tafelessig zwischen 3 und 15 % Essigsäure, der Rest (meistens) Wasser. Der Verzehr von Essigsäure in unverdünnter Form birgt Lebensgefahr.
Carbonsäuren können mehrere Carboxylgruppen aufweisen. In diesem Fall heißen sie: dibasisch, tribasisch usw...
Lebensmittel enthalten viele andere organische Säuren. Hier sind nur einige davon:
Der Name dieser Säuren entspricht den Lebensmitteln, in denen sie enthalten sind. Bitte beachten Sie übrigens, dass es hier Säuren gibt, die auch über eine für Alkohole charakteristische Hydroxylgruppe verfügen. Solche Stoffe nennt man Hydroxycarbonsäuren(oder Hydroxysäuren).
Unten unter jeder Säure befindet sich ein Schild mit dem Namen der Gruppe organischer Substanzen, zu der sie gehört.
Radikale
Radikale sind ein weiteres Konzept, das chemische Formeln beeinflusst hat. Das Wort selbst ist wahrscheinlich jedem bekannt, aber in der Chemie haben Radikale nichts mit Politikern, Rebellen und anderen Bürgern mit einer aktiven Position gemein.
Hier handelt es sich lediglich um Fragmente von Molekülen. Und jetzt werden wir herausfinden, was sie besonders macht, und uns mit einer neuen Art, chemische Formeln zu schreiben, vertraut machen.
Verallgemeinerte Formeln wurden im Text bereits mehrfach erwähnt: Alkohole – (R)-OH und Carbonsäuren – (R)-COOH. Ich möchte Sie daran erinnern, dass -OH und -COOH funktionelle Gruppen sind. Aber R ist ein Radikal. Nicht umsonst wird er mit dem Buchstaben R dargestellt.
Genauer gesagt ist ein einwertiger Rest ein Teil eines Moleküls, dem ein Wasserstoffatom fehlt. Nun, wenn man zwei Wasserstoffatome subtrahiert, erhält man ein zweiwertiges Radikal.
Radikale in der Chemie erhielten eigene Namen. Einige von ihnen erhielten sogar lateinische Bezeichnungen, die den Bezeichnungen der Elemente ähnelten. Und außerdem können Radikale in Formeln manchmal in abgekürzter Form angegeben werden, was eher an grobe Formeln erinnert.
All dies wird in der folgenden Tabelle demonstriert.
| Name | Strukturformel | Bezeichnung | Kurze Formel | Beispiel für Alkohol | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Methyl | CH3-() | Mich | CH3 | (Ich)-OH | CH3OH | |
| Ethyl | CH3-CH2-() | Et | C2H5 | (Et)-OH | C2H5OH | |
| Ich habe durchgeschnitten | CH3-CH2-CH2-() | Pr | C3H7 | (Pr)-OH | C3H7OH | |
| Isopropyl | H3C\CH(*`/H3C*)-() | i-Pr | C3H7 | (i-Pr)-OH | (CH3)2CHOH | |
| Phenyl | `/`=`\//-\\-{} | Ph | C6H5 | (Ph)-OH | C6H5OH | |
Ich denke, hier ist alles klar. Ich möchte Ihre Aufmerksamkeit nur auf die Spalte lenken, in der Beispiele für Alkohole aufgeführt sind. Einige Radikale werden in einer Form geschrieben, die der Bruttoformel ähnelt, die funktionelle Gruppe wird jedoch separat geschrieben. Beispielsweise wird CH3-CH2-OH zu C2H5OH.
Und für verzweigte Ketten wie Isopropyl werden Strukturen mit Klammern verwendet.
Es gibt auch ein Phänomen wie freie Radikale. Dies sind Radikale, die sich aus irgendeinem Grund von funktionellen Gruppen getrennt haben. In diesem Fall wird eine der Regeln verletzt, mit denen wir das Studium der Formeln begonnen haben: Die Anzahl der chemischen Bindungen entspricht nicht mehr der Wertigkeit eines der Atome. Nun, oder wir können sagen, dass eine der Verbindungen an einem Ende offen wird. Freie Radikale leben normalerweise nur für kurze Zeit, da die Moleküle dazu neigen, in einen stabilen Zustand zurückzukehren.
Einführung in Stickstoff. Amine
Ich schlage vor, ein weiteres Element kennenzulernen, das Teil vieler organischer Verbindungen ist. Das Stickstoff.
Es wird mit dem lateinischen Buchstaben bezeichnet N und hat eine Wertigkeit von drei.
Mal sehen, welche Stoffe man erhält, wenn man den bekannten Kohlenwasserstoffen Stickstoff hinzufügt:
| Substanz | Erweiterte Strukturformel | Vereinfachte Strukturformel | Skelettformel | Bruttoformel |
|---|---|---|---|---|
| Aminomethan (Methylamin) |
H-C-N\H;H|#C|H | CH3-NH2 | \NH2 | |
| Aminoethan (Ethylamin) |
H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H | CH3-CH2-NH2 | /\NH2 | |
| Dimethylamin | H-C-N<`|H>-CH; H|#-3|H; H|#2|H | $L(1.3)H/N<_(A80,w+)CH3>\dCH3 | /N<_(y-.5)H>\ | |
| Aminobenzol (Anilin) |
H\N|C\\C|C<\H>`//C<|H>„\C<`/H>`||C<`\H>/ | NH2|C\\CH|CH`//C<_(y.5)H>`\HC`||HC/ | NH2|\|`/`\`|/_o | |
| Triethylamin | $slope(45)H-C-C/N\C-C-H;H|#2|H; H|#3|H; H|#5|H;H|#6|H; #N`|C<`-H><-H>`|C<`-H><-H>`|H | CH3-CH2-N<`|CH2-CH3>-CH2-CH3 | \/N<`|/>\| |
Wie Sie anhand der Namen wahrscheinlich bereits erraten haben, sind alle diese Stoffe unter dem allgemeinen Namen zusammengefasst Amine. Die funktionelle Gruppe heißt ()-NH2 Aminogruppe. Hier sind einige allgemeine Formeln von Aminen:
Generell gibt es hier keine besonderen Neuerungen. Wenn Ihnen diese Formeln klar sind, können Sie sich bedenkenlos mit einem Lehrbuch oder dem Internet weiter mit der organischen Chemie befassen.
Ich möchte aber auch über Formeln in der anorganischen Chemie sprechen. Sie werden sehen, wie einfach es sein wird, sie zu verstehen, nachdem Sie die Struktur organischer Moleküle untersucht haben.
Rationale Formeln
Daraus sollte nicht der Schluss gezogen werden, dass die anorganische Chemie einfacher sei als die organische Chemie. Natürlich sehen anorganische Moleküle in der Regel viel einfacher aus, da sie nicht dazu neigen, komplexe Strukturen wie Kohlenwasserstoffe zu bilden. Aber dann müssen wir mehr als hundert Elemente untersuchen, aus denen das Periodensystem besteht. Und diese Elemente neigen dazu, sich entsprechend ihrer chemischen Eigenschaften zu verbinden, allerdings mit zahlreichen Ausnahmen.
Ich werde Ihnen also nichts davon erzählen. Das Thema meines Artikels sind chemische Formeln. Und bei ihnen ist alles relativ einfach.
Am häufigsten in der anorganischen Chemie verwendet rationale Formeln. Und jetzt werden wir herausfinden, wie sie sich von den uns bereits bekannten unterscheiden.
Machen wir uns zunächst mit einem anderen Element vertraut – Kalzium. Dies ist auch ein sehr häufiges Element.
Es ist ausgewiesen Ca und hat eine Wertigkeit von zwei. Mal sehen, welche Verbindungen es mit dem uns bekannten Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff eingeht.
| Substanz | Strukturformel | Rationale Formel | Bruttoformel |
|---|---|---|---|
| Calciumoxid | Ca=O | CaO | |
| Kalziumhydroxid | H-O-Ca-O-H | Ca(OH)2 | |
| Kalziumkarbonat | $slope(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1 | CaCO3 | |
| Calciumbicarbonat | HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH | Ca(HCO3)2 | |
| Kohlensäure | H|O\C|O`|/O`|H | H2CO3 |
Auf den ersten Blick erkennt man, dass die rationale Formel irgendwo zwischen einer Struktur- und einer Bruttoformel liegt. Es ist jedoch noch nicht ganz klar, wie sie gewonnen werden. Um die Bedeutung dieser Formeln zu verstehen, müssen Sie die chemischen Reaktionen berücksichtigen, an denen Stoffe beteiligt sind.
Calcium in seiner reinen Form ist ein weiches weißes Metall. Es kommt in der Natur nicht vor. Es ist aber durchaus möglich, es in einem Chemieladen zu kaufen. Es wird normalerweise in speziellen Gläsern ohne Luftzugang aufbewahrt. Denn in der Luft reagiert es mit Sauerstoff. Eigentlich kommt es deshalb in der Natur nicht vor.
Also die Reaktion von Kalzium mit Sauerstoff:
2Ca + O2 -> 2CaO
Die Zahl 2 vor der Formel eines Stoffes bedeutet, dass an der Reaktion zwei Moleküle beteiligt sind.
Calcium und Sauerstoff erzeugen Calciumoxid. Auch dieser Stoff kommt in der Natur nicht vor, da er mit Wasser reagiert:
CaO + H2O -> Ca(OH2)
Das Ergebnis ist Calciumhydroxid. Schaut man sich seine Strukturformel (in der vorherigen Tabelle) genau an, erkennt man, dass es aus einem Calciumatom und zwei Hydroxylgruppen besteht, die uns bereits bekannt sind.
Dies sind die Gesetze der Chemie: Wenn einer organischen Substanz eine Hydroxylgruppe hinzugefügt wird, entsteht ein Alkohol, und wenn sie einem Metall hinzugefügt wird, entsteht ein Hydroxid.
Aufgrund des Kohlendioxids in der Luft kommt Calciumhydroxid in der Natur jedoch nicht vor. Ich denke, jeder hat von diesem Gas gehört. Es entsteht bei der Atmung von Menschen und Tieren, bei der Verbrennung von Kohle und Erdölprodukten, bei Bränden und Vulkanausbrüchen. Daher ist es immer in der Luft vorhanden. Aber auch in Wasser löst es sich recht gut unter Bildung von Kohlensäure:
CO2 + H2O<=>H2CO3
Zeichen<=>weist darauf hin, dass die Reaktion unter den gleichen Bedingungen in beide Richtungen ablaufen kann.
So reagiert in Wasser gelöstes Calciumhydroxid mit Kohlensäure und verwandelt sich in schwerlösliches Calciumcarbonat:
Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O
Ein Pfeil nach unten bedeutet, dass die Substanz durch die Reaktion ausfällt.
Bei weiterem Kontakt von Calciumcarbonat mit Kohlendioxid in Gegenwart von Wasser kommt es zu einer reversiblen Reaktion unter Bildung eines sauren Salzes – Calciumbicarbonat, das in Wasser gut löslich ist
CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2
Dieser Vorgang beeinflusst die Härte des Wassers. Wenn die Temperatur steigt, verwandelt sich Bikarbonat wieder in Karbonat. Daher kommt es in Regionen mit hartem Wasser zu Kalkablagerungen in den Wasserkochern.
Kreide, Kalkstein, Marmor, Tuffstein und viele andere Mineralien bestehen größtenteils aus Kalziumkarbonat. Man findet es auch in Korallen, Muschelschalen, Tierknochen usw.
Wenn Calciumcarbonat jedoch sehr stark erhitzt wird, wird es in Calciumoxid und Kohlendioxid umgewandelt.
Diese kurze Geschichte über den Kalziumkreislauf in der Natur soll erklären, warum rationale Formeln erforderlich sind. Rationale Formeln werden also so geschrieben, dass die funktionellen Gruppen sichtbar sind. In unserem Fall ist es:
Darüber hinaus sind einzelne Elemente – Ca, H, O (in Oxiden) – auch unabhängige Gruppen.Ionen
Ich denke, es ist an der Zeit, sich mit Ionen vertraut zu machen. Dieses Wort ist wahrscheinlich jedem bekannt. Und nachdem wir die funktionellen Gruppen untersucht haben, kostet es uns nichts, herauszufinden, was diese Ionen sind.
Im Allgemeinen besteht die Natur chemischer Bindungen darin, dass einige Elemente Elektronen abgeben, während andere sie aufnehmen. Elektronen sind Teilchen mit negativer Ladung. Ein Element mit einer vollständigen Elektronenbesetzung hat keine Ladung. Wenn er ein Elektron verschenkt, wird seine Ladung positiv, und wenn er es akzeptiert, wird es negativ. Wasserstoff hat beispielsweise nur ein Elektron, das er recht leicht abgibt und sich in ein positives Ion verwandelt. In chemischen Formeln gibt es hierfür einen speziellen Eintrag:
H2O<=>H^+ + OH^-
Hier sehen wir das als Ergebnis elektrolytische Dissoziation Wasser zerfällt in ein positiv geladenes Wasserstoffion und eine negativ geladene OH-Gruppe. Das OH^-Ion heißt Hydroxidion. Es sollte nicht mit der Hydroxylgruppe verwechselt werden, die kein Ion, sondern Teil einer Art Molekül ist. Das + oder – Zeichen in der oberen rechten Ecke zeigt die Ladung des Ions an.
Kohlensäure existiert jedoch nie als eigenständige Substanz. Tatsächlich handelt es sich um eine Mischung aus Wasserstoffionen und Carbonationen (oder Bicarbonationen):
H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-
Das Carbonation hat eine Ladung von 2-. Das bedeutet, dass ihm zwei Elektronen hinzugefügt wurden.
Man nennt negativ geladene Ionen Anionen. Typischerweise sind dies saure Rückstände.
Positiv geladene Ionen - Kationen. Am häufigsten sind dies Wasserstoff und Metalle.
Und hier können Sie wahrscheinlich die Bedeutung rationaler Formeln vollständig verstehen. In ihnen wird zuerst das Kation eingeschrieben, gefolgt vom Anion. Auch wenn die Formel keine Gebühren enthält.
Sie ahnen wahrscheinlich bereits, dass Ionen nicht nur durch rationale Formeln beschrieben werden können. Hier ist die Grundformel des Bicarbonat-Anions:
Hier ist die Ladung direkt neben dem Sauerstoffatom angegeben, das ein zusätzliches Elektron aufgenommen und dadurch eine Linie verloren hat. Vereinfacht ausgedrückt verringert jedes zusätzliche Elektron die Anzahl der in der Strukturformel dargestellten chemischen Bindungen. Wenn andererseits ein Knoten der Strukturformel ein +-Zeichen hat, dann hat er einen zusätzlichen Stab. Wie immer muss dieser Sachverhalt anhand eines Beispiels demonstriert werden. Doch unter den uns bekannten Stoffen gibt es kein einziges Kation, das aus mehreren Atomen besteht.
Und eine solche Substanz ist Ammoniak. Seine wässrige Lösung wird oft genannt Ammoniak und ist in jedem Erste-Hilfe-Kasten enthalten. Ammoniak ist eine Verbindung aus Wasserstoff und Stickstoff und hat die rationale Formel NH3. Betrachten Sie die chemische Reaktion, die auftritt, wenn Ammoniak in Wasser gelöst wird:
NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-
Das Gleiche, aber mit Strukturformeln:
H|N<`/H>\H + H-O-H<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H
Auf der rechten Seite sehen wir zwei Ionen. Sie entstanden durch den Übergang eines Wasserstoffatoms von einem Wassermolekül zu einem Ammoniakmolekül. Aber dieses Atom bewegte sich ohne sein Elektron. Das Anion ist uns bereits bekannt – es ist ein Hydroxidion. Und das Kation heißt Ammonium. Es weist ähnliche Eigenschaften wie Metalle auf. Beispielsweise kann es sich mit einem sauren Rückstand verbinden. Die durch die Verbindung von Ammonium mit einem Carbonatanion entstehende Substanz heißt Ammoniumcarbonat: (NH4)2CO3.
Hier ist die Reaktionsgleichung für die Wechselwirkung von Ammonium mit einem Carbonatanion, geschrieben in Form von Strukturformeln:
2H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H + O^-\C|O`|/O^-<=>H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H`|0O^-\C|O`|/O^-|0H_(A-15,d-)N^+<_(A105,w+)H><\H>`|H
In dieser Form wird die Reaktionsgleichung jedoch zu Demonstrationszwecken angegeben. Typischerweise verwenden Gleichungen rationale Formeln:
2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3
Hügelsystem
Wir können also davon ausgehen, dass wir bereits strukturelle und rationale Formeln studiert haben. Aber es gibt noch eine weitere Frage, die es wert ist, genauer betrachtet zu werden. Wie unterscheiden sich grobe Formeln von rationalen?
Wir wissen, warum die rationale Formel der Kohlensäure H2CO3 lautet und nicht anders. (Die beiden Wasserstoffkationen stehen an erster Stelle, gefolgt vom Carbonatanion.) Aber warum heißt die Bruttoformel CH2O3?
Im Prinzip kann die rationale Formel der Kohlensäure durchaus als echte Formel angesehen werden, da sie keine sich wiederholenden Elemente enthält. Im Gegensatz zu NH4OH oder Ca(OH)2.
Bei Bruttoformeln wird jedoch sehr oft eine zusätzliche Regel angewendet, die die Reihenfolge der Elemente bestimmt. Die Regel ist ganz einfach: Zuerst kommt Kohlenstoff, dann Wasserstoff und dann die restlichen Elemente in alphabetischer Reihenfolge.
Es entsteht also CH2O3 – Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff. Dies wird als Hill-System bezeichnet. Es wird in fast allen chemischen Fachbüchern verwendet. Und auch in diesem Artikel.
Ein wenig über das easyChem-System
Anstelle eines Fazits möchte ich über das easyChem-System sprechen. Es ist so konzipiert, dass alle hier besprochenen Formeln problemlos in den Text eingefügt werden können. Tatsächlich wurden alle Formeln in diesem Artikel mit easyChem erstellt.
Warum brauchen wir überhaupt ein System zur Ableitung von Formeln? Die Sache ist, dass die Standardmethode zur Anzeige von Informationen in Internetbrowsern die Hypertext Markup Language (HTML) ist. Der Schwerpunkt liegt auf der Verarbeitung von Textinformationen.
Rationale und grobe Formeln können mit Text dargestellt werden. Sogar einige vereinfachte Strukturformeln können auch in Text geschrieben werden, zum Beispiel Alkohol CH3-CH2-OH. Allerdings müssten Sie hierfür den folgenden Eintrag in HTML verwenden: CH 3-CH 2-OH.
Das bringt natürlich einige Schwierigkeiten mit sich, aber damit kann man leben. Doch wie lässt sich die Strukturformel darstellen? Grundsätzlich können Sie eine Monospace-Schriftart verwenden:
HH | | H-C-C-O-H | | H H Natürlich sieht es nicht sehr schön aus, aber es ist auch machbar.
Das eigentliche Problem entsteht, wenn man versucht, Benzolringe zu zeichnen und Skelettformeln zu verwenden. Es gibt keinen anderen Weg, als ein Rasterbild anzuschließen. Raster werden in separaten Dateien gespeichert. Browser können Bilder im GIF-, PNG- oder JPEG-Format einbinden.
Um solche Dateien zu erstellen, ist ein Grafikeditor erforderlich. Zum Beispiel Photoshop. Aber ich kenne Photoshop seit mehr als 10 Jahren und kann mit Sicherheit sagen, dass es für die Darstellung chemischer Formeln sehr schlecht geeignet ist.
Molekulare Editoren meistern diese Aufgabe viel besser. Bei einer großen Anzahl von Formeln, die jeweils in einer separaten Datei gespeichert sind, kann es jedoch leicht zu Verwirrungen kommen.
Die Anzahl der Formeln in diesem Artikel beträgt beispielsweise . Sie werden in Form von grafischen Bildern angezeigt (der Rest mithilfe von HTML-Tools).
Das easyChem-System ermöglicht es Ihnen, alle Formeln direkt in einem HTML-Dokument in Textform zu speichern. Meiner Meinung nach ist das sehr praktisch.
Darüber hinaus werden die Bruttoformeln in diesem Artikel automatisch berechnet. Denn easyChem funktioniert in zwei Schritten: Zuerst wird die Textbeschreibung in eine Informationsstruktur (Graph) umgewandelt und dann können verschiedene Aktionen auf dieser Struktur durchgeführt werden. Darunter sind folgende Funktionen zu nennen: Berechnung des Molekulargewichts, Umrechnung in eine Bruttoformel, Prüfung auf Möglichkeit der Ausgabe als Text, Grafik und Textwiedergabe.
Daher habe ich zur Erstellung dieses Artikels nur einen Texteditor verwendet. Außerdem musste ich nicht darüber nachdenken, welche der Formeln grafisch und welche Text sein würden.
Hier ein paar Beispiele, die das Geheimnis der Textaufbereitung eines Artikels verraten: Beschreibungen aus der linken Spalte werden automatisch in Formeln in der zweiten Spalte umgewandelt.
In der ersten Zeile ist die Beschreibung der rationalen Formel dem angezeigten Ergebnis sehr ähnlich. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die numerischen Koeffizienten interlinear angezeigt werden.
In der zweiten Zeile wird die erweiterte Formel in Form von drei separaten Ketten angegeben, die durch ein Symbol getrennt sind; Ich denke, es ist leicht zu erkennen, dass die Textbeschreibung in vielerlei Hinsicht an die Aktionen erinnert, die erforderlich wären, um die Formel mit einem Bleistift auf Papier darzustellen.
Die dritte Zeile demonstriert die Verwendung schräger Linien mithilfe der Symbole \ und /. Das `-Zeichen (Backtick) bedeutet, dass die Linie von rechts nach links (oder von unten nach oben) gezeichnet wird.
Eine viel detailliertere Dokumentation zur Verwendung des easyChem-Systems finden Sie hier.
Lassen Sie mich diesen Artikel beenden und wünschen Ihnen viel Glück beim Chemiestudium.
