یکی از مهمترین وظایف در شیمی، ترکیب صحیح فرمول های شیمیایی است. فرمول شیمیایی یک نمایش نوشتاری از ترکیب یک ماده شیمیایی با استفاده از نام و شاخص های عنصر لاتین است. برای تدوین صحیح فرمول، قطعاً به جدول تناوبی و دانش قوانین ساده نیاز داریم. آنها بسیار ساده هستند و حتی کودکان نیز می توانند آنها را به خاطر بسپارند.
نحوه ساخت فرمول های شیمیایی
مفهوم اصلی هنگام تهیه فرمول های شیمیایی "ظرفیت" است. ظرفیت خاصیت یک عنصر برای نگه داشتن تعداد معینی اتم در یک ترکیب است. ظرفیت یک عنصر شیمیایی را می توان در جدول تناوبی مشاهده کرد و همچنین باید قوانین کلی ساده را به خاطر بسپارید و بتوانید آن را اعمال کنید.
- ظرفیت یک فلز همیشه برابر با عدد گروه است، مشروط بر اینکه در زیر گروه اصلی باشد. به عنوان مثال، پتاسیم دارای ظرفیت 1 و کلسیم دارای ظرفیت 2 است.
- غیر فلزات کمی پیچیده تر هستند. یک غیر فلزی می تواند ظرفیت بالاتر و کمتری داشته باشد. بالاترین ظرفیت برابر با عدد گروه است. کمترین ظرفیت را می توان با کم کردن عدد گروه عنصر از هشت تعیین کرد. وقتی با فلزات ترکیب می شوند، نافلزات همیشه کمترین ظرفیت را دارند. اکسیژن همیشه ظرفیت 2 دارد.
- در ترکیبی از دو نافلز، عنصر شیمیایی که در سمت راست و بالاتر در جدول تناوبی قرار دارد، کمترین ظرفیت را دارد. با این حال، فلوئور همیشه ظرفیت 1 دارد.
- و یک قانون مهم دیگر هنگام تعیین شانس! تعداد کل ظرفیت های یک عنصر باید همیشه با تعداد کل ظرفیت های یک عنصر دیگر برابر باشد!
بیایید دانش به دست آمده را با استفاده از مثال ترکیبی از لیتیوم و نیتروژن ادغام کنیم. لیتیوم فلزی دارای ظرفیت 1 است. نیتروژن غیرفلزی در گروه 5 قرار دارد و دارای ظرفیت بالاتر 5 و ظرفیت کمتر 3 است. همانطور که می دانیم در ترکیبات با فلزات، غیر فلزات همیشه دارای ظرفیت کمتری هستند. ظرفیت، بنابراین نیتروژن در این حالت دارای ظرفیت سه خواهد بود. ضرایب را مرتب می کنیم و فرمول مورد نیاز را بدست می آوریم: Li 3 N.
بنابراین، به سادگی، ما یاد گرفتیم که چگونه فرمول های شیمیایی بسازیم! و برای حفظ بهتر الگوریتم فرمول نویسی، نمایش گرافیکی آن را آماده کرده ایم.
کلیدواژه: شیمی پایه هشتم. همه فرمول ها و تعاریف، نمادهای مقادیر فیزیکی، واحدهای اندازه گیری، پیشوندهای تعیین واحدهای اندازه گیری، روابط بین واحدها، فرمول های شیمیایی، تعاریف اولیه، به طور خلاصه، جداول، نمودارها.
1. نمادها، نام ها و واحدهای اندازه گیری
برخی از مقادیر فیزیکی مورد استفاده در شیمی
| کمیت فیزیکی | تعیین | واحد |
| زمان | تی | با |
| فشار | پ | Pa، kPa |
| مقدار ماده | ν | خال |
| توده ماده | متر | کیلوگرم، گرم |
| کسر جرمی | ω | بدون بعد |
| جرم مولی | م | کیلوگرم بر مول، گرم در مول |
| حجم مولی | Vn | m 3 /mol، l/mol |
| حجم ماده | V | m 3, l |
| کسر حجمی | بدون بعد | |
| جرم اتمی نسبی | A r | بدون بعد |
| آقای | بدون بعد | |
| چگالی نسبی گاز A به گاز B | Dب (الف) | بدون بعد |
| چگالی ماده | آر | kg/m 3، g/cm 3، g/ml |
| ثابت آووگادرو | N A | 1/مول |
| دمای مطلق | تی | K (کلوین) |
| دما بر حسب سانتیگراد | تی | درجه سانتیگراد (درجه سانتیگراد) |
| اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی | س | kJ/mol |
2. روابط بین واحدهای مقادیر فیزیکی
3. فرمول های شیمیایی در پایه هشتم
4. تعاریف پایه در پایه هشتم
- اتم- کوچکترین ذره غیر قابل تقسیم شیمیایی یک ماده.
- عنصر شیمیایی- نوع خاصی از اتم.
- مولکول- کوچکترین ذره یک ماده که ترکیب و خواص شیمیایی خود را حفظ کرده و از اتم تشکیل شده است.
- مواد ساده- موادی که مولکول های آنها از اتم هایی از یک نوع تشکیل شده است.
- مواد پیچیده- موادی که مولکول های آنها از اتم های مختلف تشکیل شده است.
- ترکیب کیفی ماده نشان می دهد که از کدام اتم های عناصر تشکیل شده است.
- ترکیب کمی ماده تعداد اتم های هر عنصر را در ترکیب آن نشان می دهد.
- فرمول شیمیایی- ثبت مرسوم ترکیب کیفی و کمی یک ماده با استفاده از نمادها و شاخص های شیمیایی.
- واحد جرم اتمی(amu) - واحد اندازه گیری جرم اتمی، برابر با جرم 1/12 اتم کربن 12 C.
- خال- مقدار ماده ای که حاوی تعدادی ذره برابر با تعداد اتم ها در 0.012 کیلوگرم کربن 12 C است.
- ثابت آووگادرو (Na = 6*10 23 mol -1) - تعداد ذرات موجود در یک مول.
- جرم مولی یک ماده (م ) جرم ماده ای است که به مقدار 1 مول گرفته می شود.
- جرم اتمی نسبیعنصر آ r - نسبت جرم اتم یک عنصر معین m 0 به 1/12 جرم اتم کربن 12 C.
- وزن مولکولی نسبیمواد م r - نسبت جرم یک مولکول یک ماده معین به 1/12 جرم اتم کربن 12 C. جرم مولکولی نسبی برابر است با مجموع جرم اتمی نسبی عناصر شیمیایی تشکیل دهنده ترکیب تعداد اتم های یک عنصر معین را در نظر بگیرید.
- کسر جرمیعنصر شیمیایی ω(X)نشان می دهد که یک عنصر معین چه بخشی از جرم مولکولی نسبی ماده X را تشکیل می دهد.
آموزش اتمی-مولکولی
1. موادی با ساختار مولکولی و غیر مولکولی وجود دارد.
2. بین مولکول ها شکاف هایی وجود دارد که اندازه آنها به حالت تجمع ماده و دما بستگی دارد.
3. مولکول ها در حرکت مداوم هستند.
4. مولکول ها از اتم ها تشکیل شده اند.
6. اتم ها با جرم و اندازه خاصی مشخص می شوند.
در طی پدیده های فیزیکی، مولکول ها حفظ می شوند، در طی پدیده های شیمیایی، به عنوان یک قاعده، آنها از بین می روند. اتم ها در طی پدیده های شیمیایی دوباره آرایش می کنند و مولکول های مواد جدید را تشکیل می دهند.
قانون ترکیب ثابت ماده
هر ماده شیمیایی خالص ساختار مولکولی، صرف نظر از روش تهیه، دارای ترکیب کیفی و کمی ثابت است.
ظرفیت
ظرفیت خاصیت یک اتم یک عنصر شیمیایی برای اتصال یا جایگزینی تعداد معینی از اتم های یک عنصر دیگر است.
واکنش شیمیایی
واکنش شیمیایی پدیده ای است که در نتیجه آن مواد دیگری از یک ماده تشکیل می شود. واکنش دهنده ها موادی هستند که وارد یک واکنش شیمیایی می شوند. محصولات واکنش موادی هستند که در نتیجه یک واکنش تشکیل می شوند.
علائم واکنش های شیمیایی:
1. آزاد شدن گرما (نور).
2. تغییر رنگ.
3. بو ظاهر می شود.
4. تشکیل رسوب.
5. انتشار گاز.
- معادله شیمیایی- ثبت یک واکنش شیمیایی با استفاده از فرمول های شیمیایی. نشان می دهد که کدام مواد و با چه مقادیری واکنش نشان می دهند و در نتیجه واکنش به دست می آیند.
قانون حفظ جرم
جرم مواد وارد شده به یک واکنش شیمیایی برابر با جرم مواد تشکیل شده در نتیجه واکنش است. در نتیجه واکنش های شیمیایی، اتم ها ناپدید نمی شوند و ظاهر نمی شوند، بلکه مرتب می شوند.
مهمترین طبقات مواد معدنی
خلاصه درس “شیمی پایه هشتم. همه فرمول ها و تعاریف."
موضوع بعدی: "".
2.1. زبان شیمی و اجزای آن
بشریت از زبان های مختلف استفاده می کند. بجز زبان های طبیعی(ژاپنی، انگلیسی، روسی - بیش از 2.5 هزار در مجموع)، نیز وجود دارد زبان های مصنوعیمثلا اسپرانتو. در میان زبان های مصنوعی وجود دارد زبان هامختلف علوم. بنابراین، در شیمی از خود استفاده می کنند، زبان شیمیایی.
زبان شیمی- سیستمی از نمادها و مفاهیم طراحی شده برای ضبط و انتقال مختصر، مختصر و بصری اطلاعات شیمیایی.
یک پیام نوشته شده در اکثر زبان های طبیعی به جملات، جملات به کلمات و کلمات به حروف تقسیم می شود. اگر جملات، کلمات و حروف را جزء زبان بنامیم، آنگاه می‌توانیم قسمت‌های مشابه را در زبان شیمیایی تشخیص دهیم (جدول 2).
جدول 2.بخش هایی از زبان شیمیایی
تسلط بر هر زبانی بلافاصله غیرممکن است؛ این در مورد یک زبان شیمیایی نیز صدق می کند. بنابراین، در حال حاضر شما فقط با اصول اولیه این زبان آشنا خواهید شد: برخی از "حروف" را یاد بگیرید، یاد بگیرید که معنای "کلمات" و "جملات" را درک کنید. در پایان این فصل با آن آشنا خواهید شد نام هامواد شیمیایی بخشی جدایی ناپذیر از زبان شیمیایی هستند. با مطالعه شیمی، دانش شما در مورد زبان شیمی گسترش می یابد و عمیق تر می شود.
زبان شیمی.
1. چه زبان های مصنوعی (غیر از زبان های ذکر شده در متن کتاب درسی) را می شناسید؟
۲- زبان های طبیعی با زبان های مصنوعی چه تفاوتی دارند؟
3. به نظر شما آیا می توان پدیده های شیمیایی را بدون استفاده از زبان شیمیایی توصیف کرد؟ اگر نه، چرا که نه؟ اگر چنین است، مزایا و معایب چنین توصیفی چیست؟
2.2. نمادهای عناصر شیمیایی
نماد یک عنصر شیمیایی خود عنصر یا یک اتم آن عنصر را نشان می دهد.
هر یک از این نمادها نام کوتاه شده لاتین یک عنصر شیمیایی است که از یک یا دو حرف از الفبای لاتین تشکیل شده است (برای الفبای لاتین، به پیوست 1 مراجعه کنید). نماد با حروف بزرگ نوشته می شود. نمادها، و همچنین نام روسی و لاتین برخی از عناصر، در جدول 3 آورده شده است. اطلاعات مربوط به منشأ نام های لاتین نیز در آنجا آورده شده است. هیچ قانون کلی برای تلفظ نمادها وجود ندارد، بنابراین جدول 3 همچنین "خواندن" نماد را نشان می دهد، یعنی نحوه خواندن این نماد در فرمول شیمیایی.
جایگزینی نام عنصر با نماد در گفتار شفاهی غیرممکن است، اما در متون دست نویس یا چاپی این امر مجاز است، اما توصیه نمی شود، در حال حاضر 110 عنصر شیمیایی شناخته شده است که 109 مورد از آنها دارای نام و علامت مورد تایید بین المللی است. اتحادیه شیمی محض و کاربردی (IUPAC).
جدول 3 اطلاعاتی را تنها در مورد 33 عنصر ارائه می دهد. اینها عناصری هستند که ابتدا در هنگام مطالعه شیمی با آنها مواجه خواهید شد. نام های روسی (به ترتیب حروف الفبا) و نمادهای همه عناصر در پیوست 2 آورده شده است.
جدول 3.نام و علامت برخی از عناصر شیمیایی
نام |
||||
لاتین |
نوشتن |
|||
| - | نوشتن |
اصل و نسب |
- | - |
| نیتروژن | نایتروژنیوم | از یونانی "تولد نمک نمک" | "en" | |
| آلومینیوم | الاومینیوم | از لات "زاج" | "آلومینیوم" | |
| آرگون | آررفتن | از یونانی "غیر فعال" | "آرگون" | |
| باریم | باریم | از یونانی " سنگین" | "باریم" | |
| بور | باروم | از عربی "معدنی سفید" | "بور" | |
| برم | برادراوموم | از یونانی "بوی" | "برم" | |
| هیدروژن | اچهیدروژنیوم | از یونانی "به دنیا آوردن آب" | "خاکستر" | |
| هلیوم | اولیوم | از یونانی " آفتاب" | "هلیوم" | |
| اهن | Feرام | از لات "شمشیر" | "فروم" | |
| طلا | طلارام | از لات "سوزش" | "اوروم" | |
| ید | من odum | از یونانی "بنفش" | "ید" | |
| پتاسیم | کآلیوم | از عربی "لی" | "پتاسیم" | |
| کلسیم | حدودالسیوم | از لات "سنگ آهک" | "کلسیم" | |
| اکسیژن | Oاکسیژنیوم | از یونانی "اسید زا" | "O" | |
| سیلیکون | سیلیسیوم | از لات "سنگ چخماق" | "سیلیسیم" | |
| کریپتون | Krیپتون | از یونانی "پنهان" | "کریپتون" | |
| منیزیم | مآ gنسیم | از نام شبه جزیره منیزیا | "منیزیم" | |
| منگنز | مآ nگانوم | از یونانی "پاکسازی" | "منگنز" | |
| فلز مس | مسآلو | از یونانی نام O. قبرس | "کاپرم" | |
| سدیم | Naتریوم | از عربی، «شوینده» | "سدیم" | |
| نئون | Neبر | از یونانی " جدید" | "نئون" | |
| نیکل | نی ccolum | از او. "سنت نیکلاس مس" | "نیکل" | |
| سیاره تیر | اچ ydrar g yrum | لات "نقره مایع" | "هیدرارژیرم" | |
| رهبری | پ lum بام | از لات نام آلیاژ سرب و قلع | "لوله" | |
| گوگرد | اسگوگرد | از سانسکریت "پودر قابل احتراق" | "es" | |
| نقره | آ r g entum | از یونانی " سبک" | "آرژانتوم" | |
| کربن | سیآربونوم | از لات "زغال سنگ" | "تسه" | |
| فسفر | پفسفر | از یونانی "آورنده نور" | "په" | |
| فلوئور | اف luorum | از لات فعل "جریان شدن" | "فلورین" | |
| کلر | Clاروم | از یونانی "سبز" | "کلر" | |
| کروم | سیساعت rاومیوم | از یونانی "رنگ" | "کروم" | |
| سزیم | سی ae س ium | از لات "آبی آسمانی" | "سزیم" | |
| فلز روی | زمن nتقدیر | از او. "قلع" | "فلز روی" | |
2.3. فرمول های شیمیایی
برای تعیین مواد شیمیایی استفاده می شود فرمول های شیمیایی.
برای مواد مولکولی، یک فرمول شیمیایی می تواند یک مولکول از این ماده را نشان دهد.
اطلاعات در مورد یک ماده ممکن است متفاوت باشد، بنابراین متفاوت است انواع فرمول های شیمیایی.
بسته به کامل بودن اطلاعات، فرمول های شیمیایی به چهار نوع اصلی تقسیم می شوند: تک یاخته ها,
مولکولی, ساختاریو فضایی.
زیرنویس ها در ساده ترین فرمول مقسوم علیه مشترک ندارند.
شاخص "1" در فرمول ها استفاده نمی شود.
نمونه هایی از ساده ترین فرمول ها: آب - H 2 O، اکسیژن - O، گوگرد - S، اکسید فسفر - P 2 O 5، بوتان - C 2 H 5، اسید فسفریک - H 3 PO 4، کلرید سدیم (نمک سفره) - NaCl.
ساده ترین فرمول آب (H 2 O) نشان می دهد که ترکیب آب شامل عنصر است هیدروژن(H) و عنصر اکسیژن(O) و در هر قسمت (بخشی از چیزی است که می توان آن را بدون از دست دادن خواص آن تقسیم کرد.) تعداد اتم های هیدروژن دو برابر تعداد اتم های اکسیژن است.
تعداد ذرات، شامل تعداد اتم ها، که با یک حرف لاتین مشخص می شود ن. نشان دادن تعداد اتم های هیدروژن - ن H، و تعداد اتم های اکسیژن است ناوه، ما می توانیم آن را بنویسیم
یا ن H: ن O=2:1.
ساده ترین فرمول اسید فسفریک (H 3 PO 4 ) نشان می دهد که اسید فسفریک حاوی اتم است. هیدروژن، اتم ها فسفرو اتم ها اکسیژنو نسبت تعداد اتم های این عناصر در هر قسمت از اسید فسفریک 3:1:4 است، یعنی
NH: نپ: ن O=3:1:4.
ساده ترین فرمول را می توان برای هر ماده شیمیایی جداگانه و برای یک ماده مولکولی، علاوه بر این، می توان آن را تدوین کرد. فرمول مولکولی.
نمونه هایی از فرمول های مولکولی: آب - H 2 O، اکسیژن - O 2، گوگرد - S 8، اکسید فسفر - P 4 O 10، بوتان - C 4 H 10، اسید فسفریک - H 3 PO 4.
مواد غیر مولکولی فرمول مولکولی ندارند.
ترتیب نوشتن نمادهای عناصر در فرمول های ساده و مولکولی با قوانین زبان شیمی تعیین می شود که با مطالعه شیمی با آنها آشنا می شوید. اطلاعاتی که توسط این فرمول ها منتقل می شود تحت تأثیر توالی نمادها قرار نمی گیرد.
از علائمی که ساختار مواد را منعکس می کنند، فعلاً فقط از آنها استفاده می کنیم سکته مغزی ظرفیت("خط تیره"). این علامت حضور بین اتم های به اصطلاح را نشان می دهد پیوند کووالانسی(این چه نوع اتصال است و چه ویژگی هایی دارد، به زودی خواهید فهمید).
در یک مولکول آب، یک اتم اکسیژن با پیوندهای ساده (تک) به دو اتم هیدروژن متصل است، اما اتم های هیدروژن به یکدیگر متصل نیستند. این دقیقاً همان چیزی است که فرمول ساختاری آب به وضوح نشان می دهد. 
مثال دیگر: مولکول گوگرد S8. در این مولکول 8 اتم گوگرد یک حلقه هشت عضوی تشکیل می دهند که در آن هر اتم گوگرد با پیوندهای ساده به دو اتم دیگر متصل می شود. فرمول ساختاری گوگرد را با مدل سه بعدی مولکول آن که در شکل 2 نشان داده شده است مقایسه کنید. 3. لطفاً توجه داشته باشید که فرمول ساختاری گوگرد شکل مولکول آن را نشان نمی دهد، بلکه فقط دنباله اتصال اتم ها توسط پیوندهای کووالانسی را نشان می دهد.
فرمول ساختاری اسید فسفریک نشان می دهد که در مولکول این ماده یکی از چهار اتم اکسیژن تنها با یک پیوند دوگانه به اتم فسفر متصل است و اتم فسفر نیز به نوبه خود با پیوندهای منفرد به سه اتم اکسیژن دیگر متصل می شود. . هر یک از این سه اتم اکسیژن نیز با یک پیوند ساده به یکی از سه اتم هیدروژن موجود در مولکول متصل است.
مدل سه بعدی مولکول متان را با فرمول فضایی، ساختاری و مولکولی آن مقایسه کنید:
|
|
|
در فرمول فضایی متان، ضربات ظرفیت گوه‌ای شکل، گویی در پرسپکتیو، نشان می‌دهد که کدام یک از اتم‌های هیدروژن «به ما نزدیک‌تر» و کدام «دورتر از ما» است.
گاهی اوقات فرمول فضایی طول پیوند و زوایای بین پیوندهای یک مولکول را نشان می دهد، همانطور که در مثال یک مولکول آب نشان داده شده است.
مواد غیر مولکولی حاوی مولکول نیستند. برای راحتی محاسبات شیمیایی در یک ماده غیر مولکولی، به اصطلاح واحد فرمول.
نمونه هایی از ترکیب واحدهای فرمول برخی از مواد: 1) دی اکسید سیلیکون (شن کوارتز، کوارتز) SiO 2 - یک واحد فرمول از یک اتم سیلیکون و دو اتم اکسیژن تشکیل شده است. 2) کلرید سدیم (نمک خوراکی) NaCl - واحد فرمول شامل یک اتم سدیم و یک اتم کلر است. 3) آهن آهن - یک واحد فرمول از یک اتم آهن تشکیل شده است مانند یک مولکول، یک واحد فرمول کوچکترین بخشی از یک ماده است که خواص شیمیایی خود را حفظ می کند.
جدول 4
اطلاعاتی که توسط انواع مختلف فرمول ها منتقل می شود
نوع فرمول |
اطلاعات منتقل شده توسط فرمول. |
|
| ساده ترین مولکولی ساختاری فضایی |
|
|
اجازه دهید اکنون با استفاده از مثال‌هایی در نظر بگیریم که انواع مختلف فرمول‌ها چه اطلاعاتی به ما می‌دهند.
1. ماده: استیک اسید. ساده ترین فرمول CH 2 O ، فرمول مولکولی C 2 H 4 O 2 ، فرمول ساختاری است.
ساده ترین فرمولبه ما می گوید که
1) اسید استیک حاوی کربن، هیدروژن و اکسیژن است.
2) در این ماده تعداد اتم های کربن به تعداد اتم های هیدروژن و تعداد اتم های اکسیژن به صورت 1: 2: 1 مربوط می شود. ن H: نج: ن O = 1:2:1.
فرمول مولکولیاضافه می کند که
3) در یک مولکول اسید استیک 2 اتم کربن، 4 اتم هیدروژن و 2 اتم اکسیژن وجود دارد.
فرمول ساختاریاضافه می کند که
4، 5) در یک مولکول دو اتم کربن توسط یک پیوند ساده به یکدیگر متصل می شوند. علاوه بر این، یکی از آنها به سه اتم هیدروژن، هر یک با یک پیوند، و دیگری به دو اتم اکسیژن، یکی با پیوند دوگانه و دیگری با یک پیوند منفرد متصل است. آخرین اتم اکسیژن هنوز با یک پیوند ساده به اتم چهارم هیدروژن متصل است.
2. ماده: سدیم کلرید.
ساده ترین فرمول NaCl است.
1) کلرید سدیم حاوی سدیم و کلر است.
2) در این ماده تعداد اتم های سدیم با تعداد اتم های کلر برابر است.
3. ماده: اهن.
ساده ترین فرمول Fe است.
1) این ماده فقط حاوی آهن است یعنی ماده ای ساده است.
4. ماده: اسید تری متافسفریک . ساده ترین فرمول HPO 3، فرمول مولکولی H 3 P 3 O 9، فرمول ساختاری است.
1) اسید تری متافسفریک حاوی هیدروژن، فسفر و اکسیژن است.
2) ن H: نپ: ن O = 1:1:3.
3) مولکول از سه اتم هیدروژن، سه اتم فسفر و نه اتم اکسیژن تشکیل شده است.
4، 5) سه اتم فسفر و سه اتم اکسیژن، متناوب، یک چرخه شش عضوی را تشکیل می دهند. همه اتصالات در چرخه ساده هستند. علاوه بر این، هر اتم فسفر به دو اتم اکسیژن دیگر متصل است، یکی با پیوند دوگانه و دیگری با یک پیوند. هر یک از سه اتم اکسیژن که با پیوندهای ساده به اتم‌های فسفر متصل شده‌اند نیز با پیوند ساده به اتم هیدروژن متصل می‌شوند.
| اسید فسفریک – H 3 PO 4(نام دیگر اسید اورتوفسفریک است) یک ماده شفاف، بی رنگ و بلوری با ساختار مولکولی است که در دمای 42 درجه سانتی گراد ذوب می شود. این ماده به خوبی در آب حل می شود و حتی بخار آب را از هوا جذب می کند (هیگروسکوپیک). اسید فسفریک به مقدار زیاد تولید می شود و عمدتاً در تولید کودهای فسفاته و همچنین در صنایع شیمیایی، در تولید کبریت و حتی در ساخت و ساز استفاده می شود. علاوه بر این، اسید فسفریک در ساخت سیمان در فناوری دندانپزشکی استفاده می شود و در بسیاری از داروها گنجانده شده است. این اسید بسیار ارزان است، بنابراین در برخی از کشورها مانند ایالات متحده، اسید فسفریک بسیار خالص، بسیار رقیق شده با آب، به نوشیدنی های گوارا اضافه می شود تا جایگزین اسید سیتریک گران قیمت شود. |
| متان - CH 4.اگر در خانه اجاق گاز دارید، پس هر روز با این ماده مواجه می شوید: گاز طبیعی که در مشعل های اجاق گاز شما می سوزد از 95 درصد متان تشکیل شده است. متان گازی بی رنگ و بی بو با نقطه جوش 161- درجه سانتیگراد است. هنگامی که با هوا مخلوط می شود، انفجاری است که انفجارها و آتش سوزی هایی را که گاهی در معادن زغال سنگ رخ می دهد توضیح می دهد. نام سوم متان - گاز باتلاق - به این دلیل است که حباب‌های این گاز خاص از کف باتلاق‌ها بلند می‌شوند، جایی که در نتیجه فعالیت باکتری‌های خاصی تشکیل می‌شوند. در صنعت از متان به عنوان سوخت و ماده اولیه برای تولید مواد دیگر استفاده می شود که متان ساده ترین است. هیدروکربن. این دسته از مواد همچنین شامل اتان (C2H6)، پروپان (C3H8)، اتیلن (C2H4)، استیلن (C2H2) و بسیاری از مواد دیگر می باشد. |
جدول 5.نمونه هایی از انواع فرمول برای برخی از مواد-
شیمی علم مواد، خواص و تبدیل آنهاست
.
یعنی اگر برای مواد اطراف ما اتفاقی نیفتد، این در مورد شیمی صدق نمی کند. اما "هیچ چیز اتفاق نمی افتد" به چه معناست؟ اگر ناگهان رعد و برق ما را در مزرعه گرفت و همه ما خیس شدیم ، همانطور که می گویند "تا پوست" ، آیا این یک دگرگونی نیست: بالاخره لباس ها خشک بودند اما خیس شدند.
اگر مثلاً یک میخ آهنی گرفتید، سوهان بزنید و سپس مونتاژ کنید براده های آهن (Fe) ، پس آیا این نیز یک دگرگونی نیست: یک میخ وجود داشت - پودر شد. اما اگر پس از آن دستگاه را مونتاژ کرده و انجام دهید به دست آوردن اکسیژن (O 2): گرم کردن پتاسیم پرمنگنات(KMpO 4)و اکسیژن را در یک لوله آزمایش جمع آوری کنید و سپس این براده های آهن داغ را در آن قرار دهید، سپس با شعله ای درخشان شعله ور می شوند و پس از احتراق به پودر قهوه ای تبدیل می شوند. و این نیز یک تحول است. پس شیمی کجاست؟ علیرغم اینکه در این نمونه ها شکل (میخ آهنی) و وضعیت لباس (خشک، مرطوب) تغییر می کند، اینها دگرگونی نیستند. واقعیت این است که میخ خود یک ماده (آهن) بود و با وجود شکل متفاوتش همچنان باقی می ماند و لباس ما آب باران را جذب می کرد و سپس آن را به جو تبخیر می کرد. خود آب تغییر نکرده است. بنابراین تحولات از دیدگاه شیمیایی چیست؟
از دیدگاه شیمیایی، دگرگونی ها آن دسته از پدیده هایی هستند که با تغییر در ترکیب یک ماده همراه هستند. بیایید همان میخ را به عنوان مثال در نظر بگیریم. مهم نیست که بعد از سوهان چه شکلی به خود گرفته است، بلکه بعد از جمع آوری قطعات از آن مهم است براده های آهنقرار داده شده در یک جو اکسیژن - تبدیل به اکسید آهن(Fe 2 O 3 ) . پس بالاخره چیزی تغییر کرده است؟ بله تغییر کرده است. ماده ای به نام میخ وجود داشت ، اما تحت تأثیر اکسیژن ماده جدیدی تشکیل شد - عنصر اکسیدغده. معادله مولکولیاین تبدیل را می توان با نمادهای شیمیایی زیر نشان داد:
4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3 (1)
برای کسی که در شیمی آشنا نیست، بلافاصله سؤالاتی ایجاد می شود. "معادله مولکولی" چیست، آهن چیست؟ چرا اعداد "4"، "3"، "2" هستند؟ اعداد کوچک "2" و "3" در فرمول Fe 2 O 3 کدامند؟ این بدان معنی است که زمان آن رسیده است که همه چیز را مرتب کنید.
علائم عناصر شیمیایی
علیرغم این واقعیت که شیمی در کلاس هشتم شروع به مطالعه می کند و برخی حتی قبل از آن، بسیاری از مردم شیمیدان بزرگ روسی D.I. مندلیف را می شناسند. و البته "جدول تناوبی عناصر شیمیایی" معروف او. در غیر این صورت، ساده تر، آن را "جدول تناوبی" می نامند.
در این جدول عناصر به ترتیب مناسب چیده شده اند. تا به امروز حدود 120 مورد از آنها شناخته شده است.نام بسیاری از عناصر از دیرباز برای ما شناخته شده است. اینها عبارتند از: آهن، آلومینیوم، اکسیژن، کربن، طلا، سیلیکون. قبلاً بدون فکر از این کلمات استفاده می کردیم و آنها را با اشیاء شناسایی می کردیم: یک پیچ آهنی، یک سیم آلومینیومی، اکسیژن در جو، یک حلقه طلا و غیره. و غیره. اما در واقع همه این مواد (پیچ، سیم، حلقه) از عناصر مربوطه خود تشکیل شده اند. کل پارادوکس این است که عنصر را نمی توان لمس یا برداشت. چطور؟ آنها در جدول تناوبی هستند، اما شما نمی توانید آنها را بگیرید! بله دقیقا. عنصر شیمیایی یک مفهوم انتزاعی (یعنی انتزاعی) است و در شیمی و همچنین در علوم دیگر برای محاسبات، ترسیم معادلات و حل مسائل استفاده می شود. هر عنصر از این جهت با دیگری متفاوت است که ویژگی خاص خود را دارد پیکربندی الکترونیکی یک اتمتعداد پروتون های هسته یک اتم برابر با تعداد الکترون های موجود در اوربیتال های آن است. به عنوان مثال، هیدروژن عنصر شماره 1 است. اتم آن از 1 پروتون و 1 الکترون تشکیل شده است. هلیم عنصر شماره 2 است. اتم آن از 2 پروتون و 2 الکترون تشکیل شده است. لیتیوم عنصر شماره 3 است. اتم آن از 3 پروتون و 3 الکترون تشکیل شده است. دارمشتاتیم – عنصر شماره 110. اتم آن از 110 پروتون و 110 الکترون تشکیل شده است.
هر عنصر با یک نماد مشخص، حروف لاتین مشخص می شود و دارای قرائت خاصی است که از لاتین ترجمه شده است. به عنوان مثال، هیدروژن دارای نماد است "ن"، به عنوان "هیدروژنیوم" یا "خاکستر" خوانده می شود. سیلیکون دارای نماد "Si" است که به عنوان "سیلیسیم" خوانده می شود. سیاره تیرنماد دارد "HG"و به صورت «hydrargyrum» خوانده می شود. و غیره. همه این نمادها را می توان در هر کتاب درسی شیمی پایه هشتم یافت. نکته اصلی اکنون برای ما این است که بفهمیم هنگام تنظیم معادلات شیمیایی، لازم است با نمادهای مشخص شده عناصر عمل کنیم.
مواد ساده و پیچیده.
نشان دادن مواد مختلف با نمادهای واحد از عناصر شیمیایی (Hg سیاره تیر، Fe اهنمس فلز مس، روی فلز روی، ال آلومینیوم) ما اساساً مواد ساده را نشان می دهیم، یعنی موادی متشکل از اتم های یک نوع (حاوی تعداد یکسان پروتون و نوترون در یک اتم). به عنوان مثال، اگر مواد آهن و گوگرد با هم تعامل داشته باشند، معادله به شکل نوشتاری زیر خواهد بود:
Fe + S = FeS (2)
مواد ساده شامل فلزات (Ba، K، Na، Mg، Ag) و همچنین غیر فلزات (S، P، Si، Cl 2، N 2، O 2، H 2) می باشند. علاوه بر این، باید توجه کرد
توجه ویژه به این واقعیت است که تمام فلزات با نمادهای منفرد مشخص می شوند: K، Ba، Ca، Al، V، Mg و غیره، و غیر فلزات یا نمادهای ساده هستند: C، S، P یا ممکن است دارای شاخص های مختلفی باشند که نشان می دهد. ساختار مولکولی آنها: H 2، Cl 2، O 2، J 2، P 4، S 8. در آینده، این امر هنگام ساخت معادلات بسیار مهم خواهد بود. حدس زدن اینکه مواد پیچیده موادی هستند که از اتم های انواع مختلف تشکیل شده اند، اصلاً دشوار نیست، به عنوان مثال،
1). اکسیدها:
اکسید آلومینیوم Al 2 O 3، 
اکسید سدیم Na2O،
اکسید مس CuO،
اکسید روی ZnO،
اکسید تیتانیوم Ti2O3،
مونوکسید کربنیا مونوکسید کربن (+2) CO،
اکسید گوگرد (6+) SO 3
2). دلایل:
هیدروکسید آهن(+3) Fe(OH) 3،
هیدروکسید مس Cu(OH)2،
هیدروکسید پتاسیم یا پتاسیم قلیایی KOH،
هیدروکسید سدیم NaOH.
3). اسیدها:
اسید هیدروکلریک HCl،
اسید گوگرد H2SO3،
اسید نیتریک HNO3
4). نمک ها:
تیوسولفات سدیم Na 2 S 2 O 3
سولفات سدیمیا نمک گلوبر Na2SO4،
کربنات کلسیمیا سنگ آهک CaCO 3،
کلرید مس CuCl2
5). مواد آلی:
استات سدیم CH 3 COONa،
متان CH 4،
استیلن C 2 H 2،
گلوکز C 6 H 12 O 6
در نهایت، پس از اینکه ساختار مواد مختلف را فهمیدیم، می‌توانیم شروع به نوشتن معادلات شیمیایی کنیم.
معادله شیمیایی.
خود کلمه "معادله" از کلمه "Equalize" گرفته شده است. چیزی را به قسمت های مساوی تقسیم کنید در ریاضیات، معادلات تقریباً ماهیت این علم را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، می توانید یک معادله ساده ارائه دهید که در آن سمت چپ و راست برابر با "2" خواهد بود:
40: (9 + 11) = (50 x 2) : (80 – 30);
و در معادلات شیمیایی همین اصل: سمت چپ و راست معادله باید با تعداد یکسانی از اتم ها و عناصر شرکت کننده در آنها مطابقت داشته باشد. یا اگر یک معادله یونی داده شود، در آن تعداد ذراتنیز باید این الزام را برآورده کند. معادله شیمیایی یک نمایش مرسوم یک واکنش شیمیایی با استفاده از فرمول های شیمیایی و نمادهای ریاضی است. یک معادله شیمیایی به طور ذاتی منعکس کننده یک یا آن واکنش شیمیایی است، یعنی فرآیند برهمکنش مواد، که در طی آن مواد جدید بوجود می آیند. مثلاً لازم است یک معادله مولکولی بنویسیدواکنش هایی که در آن شرکت می کنند کلرید باریم BaCl 2 و اسید سولفوریک H 2 SO 4. در نتیجه این واکنش، یک رسوب نامحلول تشکیل می شود - سولفات باریم BaSO 4 و اسید هیدروکلریک HCl:
BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl (3)
اول از همه، لازم است درک کنیم که عدد بزرگ "2" که در مقابل ماده HCl ایستاده است ضریب نامیده می شود و اعداد کوچک "2"، "4" تحت فرمول BaCl 2، H 2 SO 4، BaSO 4 را شاخص می نامند. هر دو ضرایب و شاخص ها در معادلات شیمیایی به عنوان ضریب عمل می کنند، نه جمع. برای نوشتن صحیح یک معادله شیمیایی، شما نیاز دارید ضرایبی را در معادله واکنش اختصاص دهید. حالا بیایید شروع به شمارش اتم های عناصر سمت چپ و راست معادله کنیم. در سمت چپ معادله: ماده BaCl 2 حاوی 1 اتم باریم (Ba)، 2 اتم کلر (Cl) است. در ماده H 2 SO 4: 2 اتم هیدروژن (H)، 1 اتم گوگرد (S) و 4 اتم اکسیژن (O). در سمت راست معادله: در ماده BaSO 4 1 اتم باریم (Ba)، 1 اتم گوگرد (S) و 4 اتم اکسیژن (O)، در ماده HCl: 1 اتم هیدروژن (H) و 1 کلر وجود دارد. اتم (Cl). نتیجه این است که در سمت راست معادله تعداد اتم های هیدروژن و کلر نصف سمت چپ است. بنابراین، قبل از فرمول HCl در سمت راست معادله، لازم است ضریب "2" قرار گیرد. اگر اکنون تعداد اتم های عناصر شرکت کننده در این واکنش را چه در سمت چپ و چه در سمت راست جمع کنیم، تعادل زیر را به دست می آوریم:
در هر دو طرف معادله، تعداد اتم های عناصر شرکت کننده در واکنش برابر است، بنابراین به درستی تشکیل شده است.
معادلات شیمیایی و واکنش های شیمیایی
همانطور که قبلاً متوجه شدیم، معادلات شیمیایی بازتابی از واکنش های شیمیایی هستند. واکنش های شیمیایی به پدیده هایی گفته می شود که طی آن تبدیل یک ماده به ماده دیگر رخ می دهد. از بین تنوع آنها، دو نوع اصلی قابل تشخیص است:
1). واکنش های مرکب
2). واکنش های تجزیه
اکثریت قریب به اتفاق واکنش های شیمیایی مربوط به واکنش های افزودنی است، زیرا اگر در معرض تأثیرات خارجی (انحلال، گرما، قرار گرفتن در معرض نور) قرار نگیرد، به ندرت تغییرات در ترکیب آن می تواند با یک ماده منفرد رخ دهد. هیچ چیز یک پدیده یا واکنش شیمیایی را بهتر از تغییراتی که در طول تعامل دو یا چند ماده رخ می دهد، مشخص نمی کند. چنین پدیده هایی می تواند خود به خود رخ دهد و با افزایش یا کاهش دما، اثرات نور، تغییر رنگ، تشکیل رسوب، انتشار محصولات گازی و صدا همراه باشد.
برای وضوح، چندین معادله را ارائه می‌کنیم که فرآیندهای واکنش‌های ترکیبی را منعکس می‌کنند، که طی آنها به دست می‌آییم سدیم کلرید(NaCl)، کلرید روی(ZnCl2) رسوب کلرید نقره(AgCl) کلرید آلومینیوم(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)
از جمله واکنش های ترکیب باید به موارد زیر اشاره ویژه ای داشت: : جایگزینی (5), تبادل (6)، و به عنوان یک مورد خاص از یک واکنش تبادل - واکنش خنثی سازی (7).
واکنش‌های جایگزینی شامل واکنش‌هایی است که در آن اتم‌های یک ماده ساده جایگزین اتم‌های یکی از عناصر یک ماده پیچیده می‌شوند. در مثال (5)، اتم های روی جایگزین اتم های مس از محلول CuCl 2 می شوند، در حالی که روی به نمک محلول ZnCl 2 می رود و مس در حالت فلزی از محلول آزاد می شود.
واکنش های تبادلی شامل آن دسته از واکنش هایی است که در آن دو ماده پیچیده اجزای تشکیل دهنده خود را مبادله می کنند. در مورد واکنش (6)، نمک های محلول AgNO 3 و KCl، هنگامی که هر دو محلول با هم ترکیب می شوند، رسوب نامحلول نمک AgCl را تشکیل می دهند. در همان زمان، آنها اجزای تشکیل دهنده خود را مبادله می کنند - کاتیون ها و آنیون ها کاتیون های پتاسیم K + به آنیون های NO 3 و کاتیون های نقره Ag + به آنیون های Cl- اضافه می شوند.
یک مورد خاص و ویژه از واکنش های تبادلی، واکنش خنثی سازی است. واکنش های خنثی سازی شامل آن دسته از واکنش هایی است که در آن اسیدها با بازها واکنش می دهند و در نتیجه نمک و آب تشکیل می شود. در مثال (7)، هیدروکلریک اسید HCl با باز Al(OH) 3 واکنش داده و نمک AlCl 3 و آب را تشکیل می دهد. در این حالت، کاتیون های آلومینیوم Al 3+ از پایه با آنیون های Cl - از اسید مبادله می شوند. در نهایت چه اتفاقی می افتد خنثی سازی اسید هیدروکلریک
واکنش‌های تجزیه شامل واکنش‌هایی است که در آن دو یا چند ماده ساده یا پیچیده جدید، اما با ترکیب ساده‌تر، از یک ماده پیچیده تشکیل می‌شوند. نمونه هایی از واکنش ها شامل واکنش هایی است که 1) تجزیه می شود. نیترات پتاسیم(KNO 3) با تشکیل نیتریت پتاسیم (KNO 2) و اکسیژن (O 2)؛ 2). پتاسیم پرمنگنات(KMnO4): منگنات پتاسیم (K2MnO4) تشکیل می شود، اکسید منگنز(MnO 2) و اکسیژن (O 2)؛ 3). کربنات کلسیم یا سنگ مرمر; در این فرآیند شکل می گیرند کربنیگاز(CO2) و اکسید کلسیم(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)
در واکنش (8) از یک ماده پیچیده یک ماده پیچیده و یک ماده ساده تشکیل می شود. در واکنش (9) دو پیچیده و یکی ساده وجود دارد. در واکنش (10) دو ماده پیچیده، اما از نظر ترکیب ساده تر وجود دارد
تمام کلاس های مواد پیچیده در معرض تجزیه هستند:
1). اکسیدها: اکسید نقره 2Ag 2 O = 4Ag + O 2 (11)
2). هیدروکسیدها: هیدروکسید آهن 2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O (12)
3). اسیدها: اسید سولفوریک H 2 SO 4 = SO 3 + H 2 O (13)
4). نمک ها: کربنات کلسیم CaCO 3 = CaO + CO 2 (14)
5). مواد آلی: تخمیر الکلی گلوکز
C 6 H 12 O 6 = 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (15)
طبق طبقه بندی دیگری، تمام واکنش های شیمیایی را می توان به دو نوع تقسیم کرد: واکنش هایی که گرما را آزاد می کنند گرمازا، و واکنش هایی که با جذب گرما رخ می دهد - گرماگیر ملاک چنین فرآیندهایی است اثر حرارتی واکنشبه عنوان یک قاعده، واکنش های گرمازا شامل واکنش های اکسیداسیون است، به عنوان مثال. برای مثال تعامل با اکسیژن احتراق متان:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q (16)
و واکنش های گرماگیر - واکنش های تجزیه که قبلاً در بالا (11) - (15) ارائه شده است. علامت Q در پایان معادله نشان می دهد که آیا گرما در طول واکنش آزاد می شود (+Q) یا جذب (-Q) :
CaCO 3 = CaO + CO 2 - Q (17)
همچنین می توانید تمام واکنش های شیمیایی را با توجه به نوع تغییر درجه اکسیداسیون عناصر دخیل در تبدیل آنها در نظر بگیرید. به عنوان مثال، در واکنش (17)، عناصر شرکت کننده در آن حالت اکسیداسیون خود را تغییر نمی دهند:
Ca + 2 C + 4 O 3 -2 = Ca + 2 O - 2 + C + 4 O 2 - 2 (18)
و در واکنش (16) عناصر حالت اکسیداسیون خود را تغییر می دهند:
2Mg 0 + O 2 0 = 2Mg +2 O -2
واکنش هایی از این نوع هستند ردوکس . آنها به طور جداگانه در نظر گرفته خواهند شد. برای ایجاد معادلات برای واکنش هایی از این نوع، باید استفاده کنید روش نیمه واکنشو اعمال کنید معادله تعادل الکترونیکی
پس از ارائه انواع واکنش های شیمیایی می توان به اصل تشکیل معادلات شیمیایی یا به عبارتی انتخاب ضرایب در سمت چپ و راست اقدام کرد.
مکانیسم های تشکیل معادلات شیمیایی.
یک واکنش شیمیایی به هر نوع که تعلق دارد، ثبت آن (معادله شیمیایی) باید مطابق با شرایطی باشد که تعداد اتم های قبل و بعد از واکنش برابر باشد.
معادلات (17) وجود دارد که نیازی به تساوی ندارند. قرار دادن ضرایب اما در بیشتر موارد، مانند مثال های (3)، (7)، (15)، لازم است اقداماتی با هدف یکسان سازی سمت چپ و راست معادله انجام شود. در چنین مواردی چه اصولی باید رعایت شود؟ آیا سیستمی برای انتخاب شانس وجود دارد؟ وجود دارد و نه تنها یکی. چنین سیستم هایی عبارتند از:
1). انتخاب ضرایب با توجه به فرمول های داده شده.
2). جمع آوری بر اساس ظرفیت های مواد واکنش دهنده.
3). ترتیب مواد واکنش دهنده بر اساس حالت های اکسیداسیون.
در حالت اول، فرض بر این است که فرمول مواد واکنش دهنده را هم قبل و هم بعد از واکنش می دانیم. به عنوان مثال، با توجه به معادله زیر:
N 2 + O 2 → N 2 O 3 (19)
به طور کلی پذیرفته شده است که تا زمانی که تساوی بین اتم های عناصر قبل و بعد از واکنش برقرار نشود، علامت تساوی (=) در معادله قرار نمی گیرد، بلکه با یک فلش (→) جایگزین می شود. حالا بیایید به تنظیم واقعی بپردازیم. در سمت چپ معادله 2 اتم نیتروژن (N 2) و دو اتم اکسیژن (O 2) و در سمت راست دو اتم نیتروژن (N 2) و سه اتم اکسیژن (O 3) قرار دارند. نیازی به یکسان سازی آن از نظر تعداد اتم های نیتروژن نیست، اما از نظر اکسیژن باید برابری حاصل شود، زیرا قبل از واکنش دو اتم و بعد از واکنش سه اتم وجود داشت. بیایید نمودار زیر را ایجاد کنیم:
قبل از واکنش پس از واکنش
O 2 O 3
بیایید کوچکترین مضرب بین تعداد داده شده اتم را تعیین کنیم، "6" خواهد بود.
O 2 O 3
\ 6 /
بیایید این عدد در سمت چپ معادله اکسیژن را بر "2" تقسیم کنیم. عدد "3" را می گیریم و آن را در معادله حل می کنیم:
N 2 + 3O 2 → N 2 O 3
همچنین عدد "6" سمت راست معادله را بر "3" تقسیم می کنیم. عدد "2" را بدست می آوریم و همچنین آن را در معادله حل می کنیم:
N 2 + 3O 2 → 2N 2 O 3
تعداد اتم های اکسیژن در هر دو سمت چپ و راست معادله به ترتیب برابر با 6 اتم شد:
اما تعداد اتم های نیتروژن در دو طرف معادله با یکدیگر مطابقت نخواهد داشت:
سمت چپ دو اتم دارد، سمت راست چهار اتم دارد. بنابراین، برای دستیابی به برابری، لازم است مقدار نیتروژن در سمت چپ معادله را دو برابر کنید و ضریب را روی "2" قرار دهید:
بنابراین، برابری در نیتروژن مشاهده می شود و به طور کلی، معادله به شکل زیر است:
2N 2 + 3О 2 → 2N 2 О 3
حالا در معادله می توانید به جای فلش علامت مساوی قرار دهید:
2N 2 + 3О 2 = 2N 2 О 3 (20)
بیایید مثال دیگری بزنیم. معادله واکنش زیر داده شده است:
P + Cl 2 → PCl 5
در سمت چپ معادله 1 اتم فسفر (P) و دو اتم کلر (Cl 2) و در سمت راست یک اتم فسفر (P) و پنج اتم اکسیژن (Cl 5) وجود دارد. نیازی به برابر کردن آن از نظر تعداد اتم های فسفر نیست، اما از نظر کلر باید برابری حاصل شود، زیرا قبل از واکنش دو اتم و بعد از واکنش پنج اتم وجود داشت. بیایید نمودار زیر را ایجاد کنیم:
قبل از واکنش پس از واکنش
Cl 2 Cl 5
بیایید کوچکترین مضرب بین تعداد داده شده اتم ها را تعیین کنیم، "10" خواهد بود.
Cl 2 Cl 5
\ 10 /
این عدد در سمت چپ معادله کلر را بر 2 تقسیم کنید. بیایید عدد "5" را بدست آوریم و آن را در معادله حل کنیم:
P + 5Cl 2 → PCl 5
همچنین عدد "10" سمت راست معادله را بر "5" تقسیم می کنیم. عدد "2" را بدست می آوریم و همچنین آن را در معادله حل می کنیم:
P + 5Cl 2 → 2РCl 5
تعداد اتم های کلر در هر دو سمت چپ و راست معادله به ترتیب برابر با 10 اتم شد:
اما تعداد اتم های فسفر در هر دو طرف معادله با یکدیگر مطابقت نخواهد داشت:
بنابراین برای دستیابی به برابری باید مقدار فسفر سمت چپ معادله را با تنظیم ضریب "2" دو برابر کرد:
بنابراین، برابری در فسفر مشاهده می شود و به طور کلی، معادله به شکل زیر است:
2Р + 5Cl 2 = 2РCl 5 (21)
هنگام تنظیم معادلات بر اساس ظرفیت ها باید داده شود تعیین ظرفیتو مقادیر را برای معروف ترین عناصر تنظیم کنید. ظرفیت یکی از مفاهیمی است که قبلاً استفاده می شد، اما در حال حاضر در تعدادی از برنامه های مدرسه استفاده نمی شود. اما با کمک آن می توان اصول ترسیم معادلات واکنش های شیمیایی را ساده تر توضیح داد. ارزش به عنوان درک می شود تعداد پیوندهای شیمیایی که یک اتم می تواند با اتم های دیگر یا دیگر اتم ها ایجاد کند . ظرفیت علامت (+ یا -) ندارد و با اعداد رومی، معمولاً بالای نمادهای عناصر شیمیایی نشان داده می شود، به عنوان مثال:
این ارزش ها از کجا می آیند؟ چگونه از آنها در نوشتن معادلات شیمیایی استفاده کنیم؟ مقادیر عددی ظرفیت عناصر با شماره گروه آنها در جدول تناوبی عناصر شیمیایی توسط D.I. مندلیف (جدول 1) منطبق است.
برای سایر عناصر مقادیر ظرفیتممکن است مقادیر دیگری داشته باشند، اما هرگز از تعداد گروهی که در آن قرار دارند بیشتر نباشد. علاوه بر این، برای اعداد گروه زوج (IV و VI)، ظرفیت های عناصر فقط مقادیر زوج می گیرند و برای افراد فرد می توانند هر دو مقدار زوج و فرد داشته باشند (جدول 2).
البته برای برخی از عناصر استثنائاتی برای مقادیر ظرفیت وجود دارد، اما در هر مورد خاص این نقاط معمولاً مشخص می شوند. حال اجازه دهید اصل کلی تشکیل معادلات شیمیایی بر اساس ظرفیت های داده شده برای عناصر خاص را در نظر بگیریم. اغلب، این روش در مورد ترسیم معادلات واکنش های شیمیایی ترکیبات مواد ساده، به عنوان مثال، هنگام تعامل با اکسیژن ( واکنش های اکسیداسیون). فرض کنید باید یک واکنش اکسیداسیون را نمایش دهید آلومینیوم. اما به یاد بیاوریم که فلزات با اتم های منفرد (Al) و غیر فلزات در حالت گازی با شاخص های "2" - (O 2) مشخص می شوند. ابتدا بیایید طرح کلی واکنش را بنویسیم:
Al + О 2 →AlО
در این مرحله، هنوز مشخص نیست که املای صحیح برای اکسید آلومینیوم چگونه باید باشد. و دقیقاً در این مرحله است که آگاهی از ظرفیت عناصر به کمک ما خواهد آمد. برای آلومینیوم و اکسیژن، اجازه دهید آنها را بالاتر از فرمول مورد انتظار این اکسید قرار دهیم:
III II
الو
پس از آن، "cross"-on-"cross" برای این نمادهای عنصر، شاخص های مربوطه را در پایین قرار می دهیم:
III II
Al 2 O 3
ترکیب یک ترکیب شیمیایی Al 2 O 3 تعیین شد. نمودار بعدی معادله واکنش به شکل زیر خواهد بود:
Al+ O 2 → Al 2 O 3
تنها چیزی که باقی می ماند این است که قسمت های چپ و راست آن یکسان شود. اجازه دهید به همان ترتیبی که در مورد انشای معادله (19) پیش می‌رویم. بیایید تعداد اتم های اکسیژن را با پیدا کردن کوچکترین مضرب برابر کنیم:
قبل از واکنش پس از واکنش
O 2 O 3
\ 6 /
بیایید این عدد در سمت چپ معادله اکسیژن را بر "2" تقسیم کنیم. بیایید عدد "3" را بدست آوریم و آن را در معادله در حال حل قرار دهیم. همچنین عدد "6" سمت راست معادله را بر "3" تقسیم می کنیم. عدد "2" را بدست می آوریم و همچنین آن را در معادله حل می کنیم:
Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
برای دستیابی به برابری در آلومینیوم، لازم است مقدار آن را در سمت چپ معادله با تنظیم ضریب "4" تنظیم کنید:
4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
بنابراین، برابری آلومینیوم و اکسیژن مشاهده می شود و به طور کلی، معادله شکل نهایی خود را خواهد داشت:
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 (22)
با استفاده از روش ظرفیت می توانید پیش بینی کنید که در طی یک واکنش شیمیایی چه ماده ای تشکیل می شود و فرمول آن چگونه خواهد بود. بیایید فرض کنیم که ترکیب با نیتروژن و هیدروژن با ظرفیت های III و I مربوطه واکنش داده است. بیایید طرح واکنش کلی را بنویسیم:
N 2 + N 2 → NH
برای نیتروژن و هیدروژن، بیایید ظرفیت ها را بالاتر از فرمول مورد انتظار این ترکیب قرار دهیم:
مانند قبل، "cross"-on-"cross" برای این نمادهای عنصر، بیایید شاخص های مربوطه را در زیر قرار دهیم:
III I
NH 3
نمودار بعدی معادله واکنش به شکل زیر خواهد بود:
N 2 + N 2 → NH 3
با تساوی به روشی شناخته شده، از طریق کوچکترین مضرب برای هیدروژن برابر با "6"، ضرایب مورد نیاز و معادله را به عنوان یک کل بدست می آوریم:
N 2 + 3H 2 = 2NH 3 (23)
هنگام تنظیم معادلات بر اساس حالت های اکسیداسیونواکنش دهنده ها، لازم به یادآوری است که حالت اکسیداسیون یک عنصر خاص، تعداد الکترون هایی است که در طی یک واکنش شیمیایی پذیرفته شده یا از بین می روند. حالت اکسیداسیون در ترکیباتاساساً از نظر عددی با مقادیر ظرفیت عنصر منطبق است. اما آنها در علامت متفاوت هستند. به عنوان مثال، برای هیدروژن، ظرفیت I است و حالت اکسیداسیون (+1) یا (-1) است. برای اکسیژن، ظرفیت II و حالت اکسیداسیون 2- است. برای نیتروژن، ظرفیت ها I، II، III، IV، V و حالت های اکسیداسیون (3-)، (+1)، (+2)، (+3)، (+4)، (+5) هستند. ، و غیره. . حالت های اکسیداسیون عناصری که اغلب در معادلات استفاده می شوند در جدول 3 آورده شده است.
در مورد واکنش های ترکیبی، اصل کامپایل معادلات با حالت های اکسیداسیون مانند زمانی است که توسط ظرفیت ها جمع آوری می شود. به عنوان مثال، اجازه دهید معادله اکسیداسیون کلر با اکسیژن را به دست آوریم که در آن کلر ترکیبی با حالت اکسیداسیون +7 می سازد. بیایید معادله پیشنهادی را بنویسیم:
Cl 2 + O 2 → ClO
اجازه دهید حالت های اکسیداسیون اتم های مربوطه را روی ترکیب پیشنهادی ClO قرار دهیم:
همانطور که در موارد قبلی، ما تعیین می کنیم که مورد نیاز است فرمول ترکیبیشکل خواهد گرفت:
7 -2
Cl 2 O 7
معادله واکنش به شکل زیر خواهد بود:
Cl 2 + O 2 → Cl 2 O 7
با معادل سازی برای اکسیژن، پیدا کردن کوچکترین مضرب بین دو و هفت، برابر با "14"، در نهایت برابری را ایجاد می کنیم:
2Cl 2 + 7O 2 = 2Cl 2 O 7 (24)
هنگام ترکیب واکنش‌های تبادل، خنثی‌سازی و جایگزینی باید از روش کمی متفاوت با حالت‌های اکسیداسیون استفاده شود. در برخی موارد، دشوار است که بفهمیم: چه ترکیباتی در اثر متقابل مواد پیچیده تشکیل می شوند؟
چگونه بفهمیم: در فرآیند واکنش چه اتفاقی خواهد افتاد؟
در واقع، چگونه می دانید که چه محصولات واکنشی ممکن است در طی یک واکنش خاص ایجاد شوند؟ به عنوان مثال، هنگام واکنش نیترات باریم و سولفات پتاسیم چه چیزی تشکیل می شود؟
Ba(NO 3) 2 + K 2 SO 4 → ?
شاید BaK 2 (NO 3) 2 + SO 4؟ یا Ba + NO 3 SO 4 + K 2؟ یا چیز دیگری؟ البته در طی این واکنش ترکیبات زیر تشکیل می شود: BaSO 4 و KNO 3. این از کجا معلوم؟ و چگونه فرمول مواد را درست بنویسیم؟ بیایید با آنچه اغلب نادیده گرفته می شود شروع کنیم: مفهوم "واکنش مبادله". به این معنی که در این واکنش ها مواد اجزای تشکیل دهنده خود را با یکدیگر تغییر می دهند. از آنجایی که واکنش‌های تبادلی بیشتر بین بازها، اسیدها یا نمک‌ها انجام می‌شود، بخش‌هایی که با آنها مبادله خواهند شد کاتیونهای فلزی (Na +، Mg 2+، Al 3+، Ca2+، Cr3+)، یون‌های H + یا OH -، آنیون ها - باقی مانده های اسید، (Cl -، NO 3 2-، SO 3 2-، SO 4 2-، CO 3 2-، PO 4 3-). به طور کلی، واکنش تبادل را می توان به شکل زیر نشان داد:
Kt1An1 + Kt2An1 = Kt1An2 + Kt2An1 (25)
که در آن Kt1 و Kt2 کاتیونهای فلزی (1) و (2) و An1 و An2 آنیونهای مربوط به آنها (1) و (2) هستند. در این مورد باید در نظر داشت که در ترکیبات قبل و بعد از واکنش همیشه کاتیونها در وهله اول و آنیونها در رتبه دوم قرار دارند. بنابراین، اگر واکنش رخ دهد کلرید پتاسیمو نیترات نقره، هر دو در حالت حل شده اند
KCl + AgNO 3 →
سپس در فرآیند آن مواد KNO 3 و AgCl تشکیل می شوند و معادله مربوطه به شکل زیر در می آید:
KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl (26)
در طی واکنش های خنثی سازی، پروتون های اسیدها (H +) با آنیون های هیدروکسیل (OH -) ترکیب می شوند و آب (H2O) را تشکیل می دهند:
HCl + KOH = KCl + H 2 O (27)
حالت های اکسیداسیون کاتیون های فلزی و بار آنیون های باقی مانده های اسیدی در جدول حلالیت مواد (اسیدها، نمک ها و بازها در آب) نشان داده شده است. خط افقی کاتیون های فلزی و خط عمودی آنیون های باقی مانده اسید را نشان می دهد.
بر این اساس، هنگام ترسیم یک معادله برای یک واکنش تبادلی، ابتدا لازم است در سمت چپ حالت های اکسیداسیون ذرات دریافت کننده در این فرآیند شیمیایی ایجاد شود. به عنوان مثال، شما باید یک معادله برای برهمکنش کلرید کلسیم و کربنات سدیم بنویسید، بیایید نمودار اولیه این واکنش را ایجاد کنیم:
CaCl + NaCO 3 →
Ca 2 + Cl - + Na + CO 3 2- →
پس از انجام عمل "متقاطع" روی "متقاطع" از قبل شناخته شده، فرمول واقعی مواد اولیه را تعیین می کنیم:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 →
بر اساس اصل مبادله کاتیون ها و آنیون ها (25)، ما فرمول های اولیه برای مواد تشکیل شده در طی واکنش ایجاد می کنیم:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 + NaCl
اجازه دهید بارهای مربوطه را بالای کاتیونها و آنیونهای آنها قرار دهیم:
Ca 2 + CO 3 2- + Na + Cl -
فرمول های موادمطابق با بارهای کاتیون ها و آنیون ها به درستی نوشته شده است. بیایید یک معادله کامل ایجاد کنیم و سمت چپ و راست آن را برای سدیم و کلر برابر کنیم:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2 NaCl (28)
به عنوان مثال دیگر، در اینجا معادله واکنش خنثی سازی بین هیدروکسید باریم و اسید فسفریک است:
VaON + NPO 4 →
اجازه دهید بارهای مربوطه را روی کاتیون ها و آنیون ها قرار دهیم:
Ba 2+ OH - + H + PO 4 3- →
بیایید فرمول واقعی مواد اولیه را تعیین کنیم:
Ba(OH) 2 + H 3 PO 4 →
بر اساس اصل مبادله کاتیون ها و آنیون ها (25)، ما فرمول های اولیه ای را برای مواد تشکیل شده در طی واکنش ایجاد می کنیم، با توجه به اینکه در طی یک واکنش تبادلی، یکی از مواد لزوما باید آب باشد:
Ba(OH) 2 + H 3 PO 4 → Ba 2 + PO 4 3- + H 2 O
اجازه دهید نماد صحیح فرمول نمک تشکیل شده در طول واکنش را تعیین کنیم:
Ba(OH) 2 + H 3 PO 4 → Ba 3 (PO 4) 2 + H 2 O
بیایید سمت چپ معادله را برای باریم برابر کنیم:
3Ba (OH) 2 + H 3 PO 4 → Ba 3 (PO 4) 2 + H 2 O
از آنجایی که در سمت راست معادله، باقیمانده اسید اورتوفسفریک دو بار گرفته شده است، (PO 4) 2، سپس در سمت چپ نیز لازم است مقدار آن دو برابر شود:
3Ba (OH) 2 + 2H 3 PO 4 → Ba 3 (PO 4) 2 + H 2 O
باقی مانده است که تعداد اتم های هیدروژن و اکسیژن در سمت راست آب مطابقت داشته باشد. از آنجایی که در سمت چپ تعداد کل اتم های هیدروژن 12 است، در سمت راست نیز باید با دوازده مطابقت داشته باشد، بنابراین قبل از فرمول آب لازم است ضریب را تعیین کنید"6" (از آنجایی که مولکول آب از قبل دارای 2 اتم هیدروژن است). برای اکسیژن نیز برابری مشاهده می شود: در سمت چپ 14 و در سمت راست 14 است. بنابراین، معادله شکل نوشتاری صحیح دارد:
3Ba (OH) 2 + 2H 3 PO 4 → Ba 3 (PO 4) 2 + 6H 2 O (29)
امکان واکنش های شیمیایی
جهان از مواد بسیار متنوعی تشکیل شده است. تعداد انواع واکنش های شیمیایی بین آنها نیز غیرقابل محاسبه است. اما آیا ما با نوشتن این یا آن معادله روی کاغذ می توانیم بگوییم که یک واکنش شیمیایی با آن مطابقت دارد؟ این تصور غلط وجود دارد که اگر درست باشد شانس را تعیین کنیددر معادله، آنگاه در عمل قابل اجرا خواهد بود. مثلاً اگر بگیریم محلول اسید سولفوریکو در آن قرار دهید فلز روی، سپس می توانید روند تکامل هیدروژن را مشاهده کنید:
Zn+ H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 (30)
اما اگر مس در همان محلول ریخته شود، فرآیند تکامل گاز مشاهده نخواهد شد. واکنش قابل انجام نیست.
Cu+ H 2 SO 4 ≠
اگر اسید سولفوریک غلیظ مصرف شود، با مس واکنش می دهد:
Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O (31)
در واکنش (23) بین گازهای نیتروژن و هیدروژن مشاهده می کنیم تعادل ترمودینامیکی،آن ها چند مولکولآمونیاک NH 3 در واحد زمان تشکیل می شود، همان مقدار از آنها دوباره به نیتروژن و هیدروژن تجزیه می شود. تغییر تعادل شیمیاییبا افزایش فشار و کاهش دما قابل دستیابی است
N 2 + 3H 2 = 2NH 3
اگر بگیرید محلول هیدروکسید پتاسیمو روی او بریز محلول سولفات سدیم، پس از آن هیچ تغییری مشاهده نخواهد شد، واکنش امکان پذیر نخواهد بود:
KOH + Na 2 SO 4 ≠
محلول کلرید سدیمهنگام تعامل با برم، برم تشکیل نمی شود، با وجود این واقعیت که این واکنش را می توان به عنوان یک واکنش جایگزینی طبقه بندی کرد:
NaCl + Br 2 ≠
دلایل چنین تناقضاتی چیست؟ نکته این است که فقط تعیین صحیح کافی نیست فرمول های ترکیبی، دانستن مشخصات برهمکنش فلزات با اسیدها، استفاده ماهرانه از جدول حلالیت مواد و دانستن قوانین جایگزینی در سری فعالیت فلزات و هالوژن ها ضروری است. این مقاله تنها اصول اولیه چگونگی را بیان می کند ضرایب را در معادلات واکنش اختصاص دهید، چگونه معادلات مولکولی بنویسید، چگونه تعیین ترکیب یک ترکیب شیمیایی
شیمی به عنوان یک علم بسیار متنوع و چندوجهی است. مقاله فوق تنها بخش کوچکی از فرآیندهایی را که در دنیای واقعی اتفاق می‌افتد منعکس می‌کند. انواع، معادلات ترموشیمیایی، الکترولیز،فرآیندهای سنتز آلی و خیلی، خیلی بیشتر. اما در مقالات بعدی در مورد آن بیشتر توضیح خواهیم داد.
وب سایت، هنگام کپی کردن مطالب به طور کامل یا جزئی، پیوند به منبع مورد نیاز است.
خوب، برای تکمیل آشنایی ما با الکل ها، فرمول یک ماده شناخته شده دیگر - کلسترول را نیز ارائه می کنم. همه نمی دانند که این یک الکل مونوهیدریک است!
|`/`\\`|<`|w>`\`/|<`/w$color(red)HO$color()>\/`|0/`|/\<`|w>|_q_q_q<-dH>:a_q|0<|dH>`/<`|wH>`\|dH; #a_(A-72)<_(A-120,d+)>-/-/<->`\
گروه هیدروکسیل را با رنگ قرمز مشخص کردم.
اسیدهای کربوکسیلیک
هر شراب ساز می داند که شراب باید بدون دسترسی به هوا ذخیره شود. در غیر این صورت ترش می شود. اما شیمیدانان دلیل آن را می دانند - اگر اتم اکسیژن دیگری را به الکل اضافه کنید، اسید دریافت می کنید.بیایید به فرمول اسیدهایی که از الکل هایی که قبلاً برای ما آشنا هستند به دست می آیند نگاه کنیم:
| ماده | فرمول اسکلتی | فرمول ناخالص | ||
|---|---|---|---|---|
| اسید متان (اسید فرمیک) |
H/C`|O|\OH | HCOOH | O//\OH | |
| اتانوئیک اسید (استیک اسید) |
H-C-C\O-H; H|#C|H | CH3-COOH | /`|O|\OH | |
| اسید پروپانیک (متیل استیک اسید) |
H-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H | CH3-CH2-COOH | \/`|O|\OH | |
| اسید بوتانوئیک (اسید بوتیریک) |
H-C-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H | CH3-CH2-CH2-COOH | /\/`|O|\OH | |
| فرمول تعمیم یافته | (R)-C\O-H | (R)-COOH یا (R)-CO2H | (R)/`|O|\OH |
یکی از ویژگی های متمایز اسیدهای آلی وجود یک گروه کربوکسیل (COOH) است که به چنین مواد خاصیت اسیدی می دهد.
هر کس سرکه را امتحان کرده می داند که بسیار ترش است. دلیل این امر وجود اسید استیک در آن است. معمولاً سرکه سفره حاوی 3 تا 15 درصد اسید استیک و بقیه (بیشتر) آب است. مصرف اسید استیک به صورت رقیق نشده خطری برای زندگی به همراه دارد.
کربوکسیلیک اسیدها می توانند چندین گروه کربوکسیل داشته باشند. در این مورد به آنها می گویند: دو پایه, سه پایهو غیره...
محصولات غذایی حاوی بسیاری از اسیدهای آلی دیگر هستند. اینجا تنها تعداد کمی از آنها هستند:
نام این اسیدها مربوط به محصولات غذایی است که در آنها وجود دارد. به هر حال، لطفا توجه داشته باشید که در اینجا اسیدهایی وجود دارد که دارای یک گروه هیدروکسیل نیز هستند، مشخصه الکل ها. چنین موادی نامیده می شوند اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیک(یا اسیدهای هیدروکسی).
در زیر، زیر هر یک از اسیدها، علامتی وجود دارد که نام گروهی از مواد آلی را مشخص می کند که به آن تعلق دارد.
رادیکال ها
رادیکال ها مفهوم دیگری است که بر فرمول های شیمیایی تأثیر گذاشته است. خود این کلمه احتمالاً برای همه شناخته شده است، اما در شیمی رادیکال ها هیچ شباهتی با سیاستمداران، شورشیان و سایر شهروندان با موقعیت فعال ندارند.
در اینجا اینها فقط قطعاتی از مولکولها هستند. و اکنون متوجه خواهیم شد که چه چیزی آنها را خاص می کند و با روش جدیدی برای نوشتن فرمول های شیمیایی آشنا می شویم.
فرمول های تعمیم یافته قبلاً چندین بار در متن ذکر شده است: الکل ها - (R)-OH و اسیدهای کربوکسیلیک - (R)-COOH. اجازه دهید یادآوری کنم که -OH و -COOH گروه های عملکردی هستند. اما R یک رادیکال است. بی جهت نیست که او را با حرف R نشان می دهند.
برای دقیق تر، رادیکال تک ظرفیتی بخشی از یک مولکول است که فاقد یک اتم هیدروژن است. خوب، اگر دو اتم هیدروژن را کم کنید، یک رادیکال دو ظرفیتی به دست می آید.
رادیکال ها در شیمی نام خود را دریافت کردند. حتی برخی از آنها عناوین لاتین مشابه با نام عناصر دریافت کردند. و علاوه بر این، گاهی اوقات در فرمول ها رادیکال ها را می توان به صورت مختصر نشان داد که بیشتر یادآور فرمول های ناخالص است.
همه اینها در جدول زیر نشان داده شده است.
| نام | فرمول ساختاری | تعیین | فرمول مختصر | مثال الکل | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| متیل | CH3-() | من | CH3 | (من) -اوه | CH3OH | |
| اتیل | CH3-CH2-() | و همکاران | C2H5 | (Et) -OH | C2H5OH | |
| قطع کردم | CH3-CH2-CH2-() | Pr | C3H7 | (Pr)-OH | C3H7OH | |
| ایزوپروپیل | H3C\CH(*`/H3C*)-() | i-Pr | C3H7 | (i-Pr)-OH | (CH3)2CHOH | |
| فنیل | `/`=`\//-\\-{} | Ph | C6H5 | (Ph)-OH | C6H5OH | |
فکر می کنم اینجا همه چیز روشن است. فقط می خواهم توجه شما را به ستونی که در آن نمونه هایی از الکل ها آورده شده است جلب کنم. برخی از رادیکال‌ها به شکلی نوشته می‌شوند که شبیه فرمول ناخالص است، اما گروه عملکردی جداگانه نوشته می‌شود. به عنوان مثال، CH3-CH2-OH به C2H5OH تبدیل می شود.
و برای زنجیره های منشعب مانند ایزوپروپیل از سازه هایی با براکت استفاده می شود.
همچنین چنین پدیده ای وجود دارد رادیکال های آزاد. اینها رادیکال هایی هستند که به دلایلی از گروه های عملکردی جدا شده اند. در این مورد، یکی از قوانینی که ما با آن شروع به مطالعه فرمول ها کردیم، نقض می شود: تعداد پیوندهای شیمیایی دیگر با ظرفیت یکی از اتم ها مطابقت ندارد. خوب، یا می توان گفت که یکی از اتصالات در یک انتها باز می شود. رادیکال های آزاد معمولاً برای مدت کوتاهی زندگی می کنند زیرا مولکول ها تمایل دارند به حالت پایدار برگردند.
مقدمه ای بر نیتروژن آمین ها
من پیشنهاد می کنم با عنصر دیگری که بخشی از بسیاری از ترکیبات آلی است آشنا شوید. این نیتروژن.
با حرف لاتین مشخص می شود نو دارای ظرفیت سه است.
بیایید ببینیم اگر نیتروژن به هیدروکربن های آشنا اضافه شود چه موادی به دست می آید:
| ماده | فرمول ساختاری توسعه یافته | فرمول ساختاری ساده شده | فرمول اسکلتی | فرمول ناخالص |
|---|---|---|---|---|
| آمینو متان (متیل آمین) |
H-C-N\H;H|#C|H | CH3-NH2 | \NH2 | |
| آمینو اتان (اتیلامین) |
H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H | CH3-CH2-NH2 | /\NH2 | |
| دی متیل آمین | H-C-N<`|H>-C-H; H|#-3|H; H|#2|H | $L(1.3)H/N<_(A80,w+)CH3>\dCH3 | /ن<_(y-.5)H>\ | |
| آمینو بنزن (آنیلین) |
H\N|C\\C|C<\H>`//C<|H>`\C<`/H>`||سی<`\H>/ | NH2|C\\CH|CH`//C<_(y.5)H>`\HC`||HC/ | NH2|\|`/`\`|/_o | |
| تری اتیلامین | $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<`|/>\| |
همانطور که احتمالاً قبلاً از نام ها حدس زده اید ، همه این مواد تحت نام عمومی متحد شده اند آمین ها. گروه عاملی ()-NH2 نامیده می شود گروه آمینو. در اینجا چند فرمول کلی آمین ها آورده شده است:
به طور کلی، هیچ نوآوری خاصی در اینجا وجود ندارد. اگر این فرمول ها برای شما واضح است، می توانید با خیال راحت با استفاده از یک کتاب درسی یا اینترنت به مطالعه بیشتر شیمی آلی بپردازید.
اما من می خواهم در مورد فرمول های شیمی معدنی نیز صحبت کنم. متوجه خواهید شد که درک آنها پس از مطالعه ساختار مولکول های آلی چقدر آسان خواهد بود.
فرمول های منطقی
نباید نتیجه گرفت که شیمی معدنی آسانتر از شیمی آلی است. البته، مولکول‌های معدنی بسیار ساده‌تر به نظر می‌رسند، زیرا تمایلی به تشکیل ساختارهای پیچیده مانند هیدروکربن‌ها ندارند. اما پس از آن باید بیش از صد عنصر تشکیل دهنده جدول تناوبی را مطالعه کنیم. و این عناصر با توجه به خواص شیمیایی خود تمایل به ترکیب دارند، اما با استثناهای متعدد.
بنابراین، من هیچ یک از این ها را به شما نمی گویم. موضوع مقاله من فرمول های شیمیایی است. و با آنها همه چیز نسبتا ساده است.
اغلب در شیمی معدنی استفاده می شود فرمول های منطقی. و اکنون متوجه خواهیم شد که چگونه آنها با کسانی که قبلاً برای ما آشنا هستند تفاوت دارند.
ابتدا بیایید با عنصر دیگری - کلسیم - آشنا شویم. این نیز یک عنصر بسیار رایج است.
تعیین شده است حدودو دارای ظرفیت دو است. بیایید ببینیم که با کربن، اکسیژن و هیدروژنی که می شناسیم چه ترکیباتی تشکیل می دهد.
| ماده | فرمول ساختاری | فرمول منطقی | فرمول ناخالص |
|---|---|---|---|
| اکسید کلسیم | Ca=O | CaO | |
| کلسیم هیدروکسید | H-O-Ca-O-H | Ca(OH)2 | |
| کربنات کلسیم | $slope(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1 | CaCO3 | |
| بی کربنات کلسیم | HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH | Ca(HCO3)2 | |
| اسید کربنیک | H|O\C|O`|/O`|H | H2CO3 |
در نگاه اول، می توانید متوجه شوید که فرمول منطقی چیزی بین یک فرمول ساختاری و یک فرمول ناخالص است. اما هنوز خیلی مشخص نیست که چگونه به دست می آیند. برای درک معنای این فرمول ها، باید واکنش های شیمیایی که مواد در آن شرکت می کنند را در نظر بگیرید.
کلسیم به شکل خالص یک فلز نرم سفید رنگ است. در طبیعت رخ نمی دهد. اما خرید آن در یک فروشگاه مواد شیمیایی کاملاً امکان پذیر است. معمولاً بدون دسترسی به هوا در شیشه های مخصوص نگهداری می شود. زیرا در هوا با اکسیژن واکنش می دهد. در واقع، به همین دلیل است که در طبیعت رخ نمی دهد.
بنابراین، واکنش کلسیم با اکسیژن:
2Ca + O2 -> 2CaO
عدد 2 قبل از فرمول یک ماده به این معنی است که 2 مولکول در واکنش شرکت دارند.
کلسیم و اکسیژن اکسید کلسیم تولید می کنند. این ماده در طبیعت نیز وجود ندارد زیرا با آب واکنش می دهد:
CaO + H2O -> Ca(OH2)
نتیجه هیدروکسید کلسیم است. اگر به فرمول ساختاری آن (در جدول قبلی) دقت کنید، می بینید که از یک اتم کلسیم و دو گروه هیدروکسیل تشکیل شده است که قبلاً با آنها آشنا هستیم.
اینها قوانین شیمی هستند: اگر یک گروه هیدروکسیل به یک ماده آلی اضافه شود، یک الکل به دست می آید و اگر به یک فلز اضافه شود، یک هیدروکسید به دست می آید.
اما هیدروکسید کلسیم در طبیعت به دلیل وجود دی اکسید کربن در هوا وجود ندارد. من فکر می کنم همه در مورد این گاز شنیده اند. در هنگام تنفس انسان ها و حیوانات، احتراق زغال سنگ و فرآورده های نفتی، در هنگام آتش سوزی و فوران های آتشفشانی تشکیل می شود. بنابراین، همیشه در هوا وجود دارد. اما همچنین به خوبی در آب حل می شود و اسید کربنیک تشکیل می دهد:
CO2 + H2O<=>H2CO3
امضا کردن<=>نشان می دهد که واکنش می تواند در هر دو جهت در شرایط یکسان ادامه یابد.
بنابراین، هیدروکسید کلسیم، محلول در آب، با اسید کربنیک واکنش داده و به کربنات کلسیم کمی محلول تبدیل می شود:
Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O
فلش رو به پایین به این معنی است که در نتیجه واکنش ماده رسوب می کند.
با تماس بیشتر کربنات کلسیم با دی اکسید کربن در حضور آب، یک واکنش برگشت پذیر رخ می دهد تا نمک اسیدی - بی کربنات کلسیم را تشکیل دهد که بسیار محلول در آب است.
CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2
این فرآیند بر سختی آب تأثیر می گذارد. با افزایش دما، بی کربنات دوباره به کربنات تبدیل می شود. بنابراین در مناطقی که آب سخت دارند، رسوب در کتری ها تشکیل می شود.
گچ، سنگ آهک، مرمر، توف و بسیاری از مواد معدنی دیگر عمدتاً از کربنات کلسیم تشکیل شده اند. همچنین در مرجان ها، صدف نرم تنان، استخوان حیوانات و غیره یافت می شود.
اما اگر کربنات کلسیم روی حرارت بسیار زیاد گرم شود به اکسید کلسیم و دی اکسید کربن تبدیل می شود.
این داستان کوتاه در مورد چرخه کلسیم در طبیعت باید توضیح دهد که چرا به فرمول های منطقی نیاز است. بنابراین فرمول های منطقی طوری نوشته می شوند که گروه های تابعی قابل مشاهده باشند. در مورد ما این است:
علاوه بر این، عناصر فردی - Ca، H، O (در اکسیدها) - نیز گروه های مستقل هستند.یون ها
فکر می کنم وقت آن رسیده که با یون ها آشنا شویم. این کلمه احتمالا برای همه آشناست. و پس از مطالعه گروه های عملکردی، برای ما هزینه ای ندارد که بفهمیم این یون ها چیست.
به طور کلی، ماهیت پیوندهای شیمیایی معمولاً این است که برخی از عناصر الکترون را رها می کنند در حالی که برخی دیگر آنها را به دست می آورند. الکترون ها ذرات با بار منفی هستند. عنصری با مکمل کامل الکترون دارای بار صفر است. اگر یک الکترون بدهد، بار آن مثبت می شود و اگر آن را بپذیرد، منفی می شود. به عنوان مثال، هیدروژن تنها یک الکترون دارد که به راحتی آن را رها می کند و به یون مثبت تبدیل می شود. یک ورودی ویژه برای این در فرمول های شیمیایی وجود دارد:
H2O<=>H^+ + OH^-
در اینجا ما می بینیم که در نتیجه تفکیک الکترولیتیآب به یک یون هیدروژن با بار مثبت و یک گروه OH با بار منفی تجزیه می شود. یون OH^- نامیده می شود یون هیدروکسید. نباید با گروه هیدروکسیل که یک یون نیست بلکه بخشی از نوعی مولکول است اشتباه گرفته شود. علامت + یا - در گوشه بالا سمت راست، بار یون را نشان می دهد.
اما اسید کربنیک هرگز به عنوان یک ماده مستقل وجود ندارد. در واقع مخلوطی از یون های هیدروژن و یون های کربنات (یا یون های بی کربنات) است:
H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-
یون کربنات دارای بار 2- است. یعنی دو الکترون به آن اضافه شده است.
یون های دارای بار منفی نامیده می شوند آنیون ها. معمولاً اینها شامل بقایای اسیدی هستند.
یون های دارای بار مثبت - کاتیون ها. اغلب اینها هیدروژن و فلزات هستند.
و در اینجا احتمالاً می توانید معنای فرمول های منطقی را کاملاً درک کنید. ابتدا کاتیون و سپس آنیون در آنها نوشته می شود. حتی اگر فرمول حاوی هیچ اتهامی نباشد.
احتمالاً قبلاً حدس می‌زنید که یون‌ها را نه تنها با فرمول‌های منطقی می‌توان توصیف کرد. فرمول اسکلتی آنیون بی کربنات در اینجا آمده است:
در اینجا بار مستقیماً در کنار اتم اکسیژن نشان داده می شود که یک الکترون اضافی دریافت کرده و بنابراین یک خط را از دست داده است. به بیان ساده، هر الکترون اضافی تعداد پیوندهای شیمیایی نشان داده شده در فرمول ساختاری را کاهش می دهد. از طرف دیگر، اگر برخی از گره‌های فرمول ساختاری علامت + داشته باشند، یک چوب اضافی دارد. مثل همیشه، این واقعیت باید با یک مثال نشان داده شود. اما در بین موادی که برای ما آشنا هستند یک کاتیون وجود ندارد که از چندین اتم تشکیل شده باشد.
و چنین ماده ای آمونیاک است. محلول آبی آن اغلب نامیده می شود آمونیاکو در هر کیت کمک های اولیه گنجانده شده است. آمونیاک ترکیبی از هیدروژن و نیتروژن است و دارای فرمول منطقی NH3 است. واکنش شیمیایی که هنگام حل شدن آمونیاک در آب رخ می دهد را در نظر بگیرید:
NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-
همان چیزی است، اما با استفاده از فرمول های ساختاری:
H|N<`/H>\H + H-O-H<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H
در سمت راست دو یون را می بینیم. آنها در نتیجه حرکت یک اتم هیدروژن از یک مولکول آب به یک مولکول آمونیاک تشکیل شدند. اما این اتم بدون الکترون خود حرکت کرد. آنیون قبلاً برای ما آشناست - این یک یون هیدروکسید است. و کاتیون نامیده می شود آمونیوم. خواصی مشابه فلزات از خود نشان می دهد. به عنوان مثال، ممکن است با یک باقیمانده اسیدی ترکیب شود. ماده ای که از ترکیب آمونیوم با آنیون کربنات ایجاد می شود کربنات آمونیوم نامیده می شود: (NH4)2CO3.
در اینجا معادله واکنش برای برهمکنش آمونیوم با یک آنیون کربنات است که به شکل فرمول های ساختاری نوشته شده است:
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
اما در این شکل معادله واکنش برای اهداف نمایش داده شده است. معمولاً معادلات از فرمول های منطقی استفاده می کنند:
2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3
سیستم تپه
بنابراین، می‌توان فرض کرد که فرمول‌های ساختاری و عقلایی را قبلاً مطالعه کرده‌ایم. اما موضوع دیگری نیز وجود دارد که قابل بررسی است. فرمول های ناخالص چه تفاوتی با فرمول های منطقی دارند؟
ما می دانیم که چرا فرمول منطقی اسید کربنیک H2CO3 نوشته شده است، و نه روش دیگری. (در ابتدا دو کاتیون هیدروژن و سپس آنیون کربنات قرار می گیرند.) اما چرا فرمول ناخالص CH2O3 نوشته شده است؟
در اصل، فرمول منطقی اسید کربنیک به خوبی ممکن است یک فرمول واقعی در نظر گرفته شود، زیرا هیچ عنصر تکراری ندارد. برخلاف NH4OH یا Ca(OH)2.
اما یک قانون اضافی اغلب برای فرمول های ناخالص اعمال می شود که ترتیب عناصر را تعیین می کند. قانون بسیار ساده است: ابتدا کربن، سپس هیدروژن، و سپس عناصر باقی مانده به ترتیب حروف الفبا قرار می گیرد.
بنابراین CH2O3 خارج می شود - کربن، هیدروژن، اکسیژن. به این سیستم هیل می گویند. تقریباً در تمام کتاب های مرجع شیمی استفاده می شود. و در این مقاله نیز.
کمی در مورد سیستم easyChem
به جای نتیجه گیری، می خواهم در مورد سیستم easyChem صحبت کنم. این به گونه ای طراحی شده است که تمام فرمول هایی که در اینجا بحث کردیم به راحتی در متن قرار می گیرند. در واقع تمام فرمول های این مقاله با استفاده از easyChem ترسیم شده اند.
چرا ما حتی به نوعی سیستم برای استخراج فرمول ها نیاز داریم؟ نکته این است که راه استاندارد برای نمایش اطلاعات در مرورگرهای اینترنتی زبان نشانه گذاری فرامتن (HTML) است. بر پردازش اطلاعات متنی متمرکز است.
فرمول های منطقی و ناخالص را می توان با استفاده از متن به تصویر کشید. حتی برخی از فرمول های ساختاری ساده شده نیز می توانند در متن نوشته شوند، به عنوان مثال الکل CH3-CH2-OH. اگرچه برای این کار باید از ورودی زیر در HTML استفاده کنید: CH 3-CH 2-اوه
این البته مشکلاتی را ایجاد می کند، اما شما می توانید با آنها زندگی کنید. اما چگونه می توان فرمول ساختاری را به تصویر کشید؟ در اصل، می توانید از فونت monospace استفاده کنید:
H H | | H-C-C-O-H | | H H البته خیلی زیبا به نظر نمی رسد، اما قابل انجام است.
مشکل واقعی هنگام کشیدن حلقه های بنزن و هنگام استفاده از فرمول های اسکلتی ایجاد می شود. راه دیگری جز اتصال تصویر شطرنجی باقی نمانده است. رسترها در فایل های جداگانه ذخیره می شوند. مرورگرها می توانند تصاویر را با فرمت gif، png یا jpeg داشته باشند.
برای ایجاد چنین فایل هایی به یک ویرایشگر گرافیکی نیاز است. مثلا فتوشاپ. اما من بیش از 10 سال است که با فتوشاپ آشنا هستم و به یقین می توانم بگویم که برای به تصویر کشیدن فرمول های شیمیایی بسیار مناسب نیست.
ویراستارهای مولکولی خیلی بهتر با این کار کنار می آیند. اما با تعداد زیادی فرمول که هر کدام در یک فایل جداگانه ذخیره می شوند، به راحتی می توان در آنها اشتباه گرفت.
به عنوان مثال تعداد فرمول های این مقاله برابر است با . آنها در قالب تصاویر گرافیکی (بقیه با استفاده از ابزارهای HTML) نمایش داده می شوند.
سیستم easyChem به شما امکان می دهد تمام فرمول ها را مستقیماً در یک سند HTML به صورت متن ذخیره کنید. به نظر من، این بسیار راحت است.
علاوه بر این، فرمول های ناخالص در این مقاله به صورت خودکار محاسبه می شوند. زیرا easyChem در دو مرحله کار می کند: ابتدا توضیحات متن به یک ساختار اطلاعاتی (گراف) تبدیل می شود و سپس می توان اقدامات مختلفی را روی این ساختار انجام داد. در میان آنها می توان به توابع زیر اشاره کرد: محاسبه وزن مولکولی، تبدیل به فرمول ناخالص، بررسی امکان خروجی به عنوان متن، گرافیک و رندر متن.
بنابراین برای تهیه این مقاله فقط از ویرایشگر متن استفاده کردم. علاوه بر این، من مجبور نبودم به این فکر کنم که کدام یک از فرمول ها گرافیکی و کدام یک متن است.
در اینجا چند مثال وجود دارد که راز آماده سازی متن مقاله را آشکار می کند: توضیحات ستون سمت چپ به طور خودکار در ستون دوم به فرمول تبدیل می شوند.
در خط اول، توضیحات فرمول منطقی بسیار شبیه به نتیجه نمایش داده شده است. تنها تفاوت این است که ضرایب عددی به صورت بین خطی نمایش داده می شوند.
در خط دوم، فرمول گسترش یافته به شکل سه زنجیره مجزا که با یک نماد از هم جدا شده اند، آورده شده است. من فکر می کنم به راحتی می توان فهمید که توصیف متنی از بسیاری جهات یادآور اقداماتی است که برای به تصویر کشیدن فرمول با مداد روی کاغذ لازم است.
خط سوم استفاده از خطوط اریب را با استفاده از نمادهای \ و / نشان می دهد. علامت ` (بک تیک) به این معنی است که خط از راست به چپ (یا از پایین به بالا) کشیده شده است.
اسناد بسیار دقیق تری در مورد استفاده از سیستم easyChem در اینجا وجود دارد.
اجازه دهید این مقاله را تمام کنم و برای شما در تحصیل در رشته شیمی آرزوی موفقیت کنم.
