Durante la lezione imparerai le composizioni qualitative e quantitative. materia organica, su qual è la formula più semplice, molecolare, strutturale.
Una semplice formula può corrispondere a molte formule molecolari.
Una formula che mostra l'ordine in cui gli atomi sono collegati in una molecola è chiamata formula strutturale.
Esene e cicloesano hanno la stessa formula molecolare C 6 H 12 , ma sono due sostanze diverse con proprietà fisiche e chimiche diverse. Vedi la tabella. uno.
Tab. 1. La differenza tra le proprietà di esene e cicloesano
Per caratterizzare una sostanza organica, è necessario conoscere non solo la composizione della molecola, ma anche la disposizione degli atomi nella molecola: la struttura della molecola.
La struttura delle sostanze è riflessa da formule strutturali (grafiche) in cui i legami covalenti tra gli atomi sono indicati da trattini - tratti di valenza.
Nei composti organici, il carbonio forma quattro legami, l'idrogeno uno, l'ossigeno due e l'azoto tre.
Valenza. Numero di covalenti non polari o legami polari che un elemento può formare viene chiamato valenza
Si chiama legame formato da una coppia di elettroni semplice o singolo connessione.
Si chiama legame formato da due coppie di elettroni Doppio connessione, è indicato da due trattini, come un segno di "uguale". Si formano tre coppie di elettroni triplicare connessione, indicata da tre trattini. Vedi la tabella. 2.
|
|
Tab. 2. Esempi di composti organici con legami diversi
In pratica, di solito viene utilizzato formule strutturali abbreviate, in cui non sono indicati i legami di carbonio, ossigeno e altri atomi con l'idrogeno:
Riso. 1. Modello volumetrico della molecola di etanolo
Le formule strutturali trasmettono l'ordine in cui gli atomi sono collegati tra loro, ma non trasmettono la disposizione degli atomi nello spazio. Le formule strutturali sono un disegno bidimensionale e le molecole sono tridimensionali, ad es. sono voluminosi, questo è mostrato dall'esempio di etanolo in Fig. uno.
La lezione ha affrontato la questione della composizione qualitativa e quantitativa delle sostanze organiche, su quale sia la formula più semplice, molecolare, strutturale.
Bibliografia
1. Rudzitis G.E. Chimica. Nozioni di base chimica generale. Grado 10: libro di testo per istituzioni educative: livello base / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14a edizione. - M.: Istruzione, 2012.
2. Chimica. Grado 10. Livello del profilo: libro di testo. per l'istruzione generale istituzioni / V.V. Eremin, NE Kuzmenko, V.V. Lunin e altri - M.: Drofa, 2008. - 463 p.
3. Chimica. Grado 11. Livello del profilo: libro di testo. per l'istruzione generale istituzioni / V.V. Eremin, NE Kuzmenko, V.V. Lunin e altri - M.: Drofa, 2010. - 462 p.
4. Khomchenko GP, Khomchenko I.G. Raccolta di problemi di chimica per coloro che entrano nelle università. - 4a ed. - M.: RIA "New Wave": Editore Umerenkov, 2012. - 278 p.
Compiti a casa
1. No. 6-7 (pag. 11) Rudzitis G.E. Chimica. Fondamenti di Chimica Generale. Grado 10: libro di testo per le istituzioni educative: livello base / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14a edizione. -M.: Illuminismo, 2012.
2. Perché le sostanze organiche la cui composizione è riflessa dalla stessa formula molecolare hanno proprietà chimiche e fisiche diverse?
3. Cosa mostra la formula più semplice?
Le frazioni di massa sono solitamente espresse in percentuale:
ω% (O) \u003d 100% - ω% (H) \u003d 100% - 11,1% \u003d 88,9%.
Domande da controllare
1. Quali particelle si formano solitamente come risultato della combinazione di atomi?
2. Qual è la composizione di ogni molecola?
3. Cosa sono chiamati indici nelle formule chimiche?
4. Cosa mostrano le formule chimiche?
5. Come si formula la legge di costanza di composizione?
6. Cos'è una molecola?
7. Qual è la massa di una molecola?
8. Qual è il peso molecolare relativo?
9. Qual è la frazione di massa di questo elemento in questa sostanza?
1. Descrivi la composizione qualitativa e quantitativa delle molecole di seguito
sostanze di lavoro: metano CH4, soda Na2 CO3, glucosio C6 H12 O6, cloro Cl2, solfato di alluminio Al2 (SO4) 3.
2. La molecola del fosgene è costituita da un atomo di carbonio, un atomo di ossigeno e due atomi di cloro. La molecola di urea è costituita da un atomo di carbonio, un atomo di ossigeno e due gruppi atomici NH. 2. Scrivi le formule per fosgene e urea.
3. Contare il numero totale di atomi nelle seguenti molecole: (NH 4 )3 PO4 , Ca(H2 PO4 )2 , 2 SO4 .
4. Calcola parente pesi molecolari sostanze elencate nell'esercizio 1.
5. Quali sono le frazioni di massa degli elementi nelle seguenti sostanze: NH 3 , N2 O, NO2 , NaNO3 , KNO3 , NH4 NO3 ? In quale di queste sostanze la frazione di massa dell'azoto è la più grande e in quale è la più piccola?
§ 1.5. Sostanze semplici e complesse. Allotropia.
Composti e miscele chimiche
Tutte le sostanze sono divise in semplici e complesse.
Le sostanze semplici sono sostanze costituite da atomi di un elemento.
In alcune sostanze semplici, atomi di un elemento
connettersi tra loro e formare molecole. Tali sostanze semplici sono struttura molecolare. Relativo a loro
sono: idrogeno H 2, ossigeno O 2, azoto N 2, fluoro F 2, cloro Cl 2, bromo Br 2, iodio I 2. Tutte queste sostanze sono composte da biatomico
molecole. (Si noti che i nomi di sostanze semplici
abbina i nomi degli elementi!)
Altre sostanze semplici hanno struttura atomica , cioè sono costituiti da atomi, tra i quali ci sono determinati legami (considereremo la loro natura nella sezione "Legame chimico e struttura della materia"). Esempi di tali sostanze semplici sono tutti i metalli (ferro Fe, rame Cu, sodio Na, ecc.) e alcuni non metalli (carbonio C, silicio Si, ecc.). Non solo i nomi, ma anche le formule di queste semplici sostanze coincidono con i simboli degli elementi.
C'è anche un gruppo di sostanze semplici chiamate gas nobili. Questi includono: elio He,
neon Ne, argon Ar, krypton Kr, xeno Xe, radon Rn. Queste semplici sostanze lo sono atomi che non sono chimicamente legati tra loro.
Ogni elemento forma almeno una sostanza semplice. Alcuni elementi possono formarne più di uno,
ma due o più sostanze semplici. Questo fenomeno è chiamato allotropia.
L'allotropia è il fenomeno della formazione di più sostanze semplici da parte di un elemento.
Diverse sostanze semplici che sono formate dallo stesso elemento chimico sono chiamate allotropiche
modifiche (modifiche).
Le modifiche allotropiche possono differire l'una dall'altra la composizione delle molecole. Ad esempio, si forma l'elemento ossigeno
due cose semplici. Uno di questi è costituito da molecole di O2 biatomiche e ha lo stesso nome dell'elemento ossigeno. Un'altra sostanza semplice è costituita da molecole triatomiche di O3 e ha il suo nome: ozono:
L'ossigeno O2 e l'ozono O3 hanno proprietà fisiche e chimiche diverse.
Le modifiche allotropiche possono essere solidi che hanno diversa struttura del cristallo
tallo. Un esempio sono le modifiche allotropiche carbonio C - diamante e grafite.
Il numero di sostanze semplici conosciute (circa 400) è molto maggiore del numero di elementi chimici, poiché molti elementi possono formare due o più modificazioni allotropiche.
I composti sono sostanze costituite da atomi di diversi elementi.
Esempi sostanze complesse: HCI, H 2 O, NaCl, CO 2 ,
H2 SO4, Cu(NO3)2, C6 H12 O6 ecc.
I composti sono spesso chiamati composti chimici. A composti chimici le proprietà delle sostanze semplici da cui si formano questi composti non lo fanno
yutsya. Le proprietà di una sostanza complessa differiscono dalle proprietà delle sostanze semplici da cui è formata.
Per esempio, cloruro di sodio NaCl può essere formato da sostanze semplici - sodio metallico Na e cloro gassoso Cl 2. Le proprietà fisiche e chimiche di NaCl differiscono da quelle di Na e Cl 2 .
A natura, di regola, non esistono sostanze pure,
ma miscele di sostanze. In pratica anche noi
di solito utilizziamo miscele di sostanze. Qualsiasi miscela lo è
due o più sostanze, che prendono il nome di
componenti della miscela.
Ad esempio, l'aria è una miscela di diverse sostanze gassose: ossigeno O 2 (21% in volume), azoto N 2 (78%), diossido di carbonio COSÌ 2 e altri Le miscele sono
creazioni di molte sostanze, leghe di alcuni metalli, ecc. Sono miscele di sostanze omogeneo (omogeneo) e ge-
terogenico (eterogeneo).
Le miscele omogenee sono miscele in cui non c'è interfaccia tra i componenti.
Miscele di gas (in particolare aria), soluzioni liquide (ad esempio una soluzione di zucchero in acqua) sono omogenee.
Le miscele eterogenee sono miscele in cui i componenti sono separati da un'interfaccia.
A eterogenei sonomiscele di solidi(sabbia +
Gesso in polvere), miscele di liquidi insolubili tra loro (acqua + olio), miscele di liquidi e solidi insolubili in essi (acqua + gesso).
soluzioni liquide, quali sono i più importanti rappresentanti dei sistemi omogenei, studieremo in dettaglio nel nostro corso.
Le differenze più importanti tra miscele e composti chimici:
1. Nelle miscele, le proprietà delle singole sostanze (componenti)
vengono salvati.
2. La composizione delle miscele non è costante.
Domande da controllare
1. Quali sono i due tipi di tutte le sostanze?
2. Cosa sono le sostanze semplici?
3. Quali sostanze semplici hanno una struttura molecolare (nomi e formule)?
4. Quali sostanze semplici hanno una struttura atomica? Dare esempi.
5. Quali sostanze semplici sono costituite da atomi che non sono collegati tra loro?
6. Cos'è l'allotropia?
7. Cosa si chiama modificazioni allotropiche (modifiche)?
8. Perché il numero di sostanze semplici più numero elementi chimici?
9. Cosa sono le sostanze complesse?
10. Le proprietà delle sostanze semplici vengono conservate quando si formano in sostanze complesse?
11. Cosa sono le miscele omogenee? Dare esempi.
12. Cosa sono le miscele eterogenee? Dare esempi.
13. In che modo le miscele sono diverse dai composti chimici?
Compiti per lavoro autonomo
1. Scrivi formule a te note: a) sostanze semplici (5 esempi); b) sostanze complesse (5 esempi).
2. Dividi le sostanze le cui formule sono riportate di seguito in semplici e complesse: NH 3, Zn, Br2, HI, C2 H5 OH, K, CO, F2, C10 H22.
3. L'elemento fosforo forma tre semplici sostanze che differiscono, in particolare, per il colore: fosforo bianco, rosso e nero. Quali sono queste semplici sostanze in relazione tra loro?
§ 1.6. Valenza degli elementi. Formule grafiche delle sostanze
Considera le formule chimiche dei composti di alcuni
Come si può vedere da questi esempi, gli atomi degli elementi cloro, ossigeno, azoto, carbonio attaccare non nessuno, ma solo un certo numero di atomi di idrogeno (rispettivamente 1, 2, 3, 4).
Tra gli atomi nei composti chimici ci sono legami chimici. Scriviamo formule in cui ogni chi-
la connessione del microfono è indicata da un trattino:
Tali formule sono chiamate grafiche.
Formule grafiche delle sostanze - queste sono formule che mostrano l'ordine di connessione degli atomi nelle molecole e il numero di legami che ogni atomo forma.
Il numero di legami chimici che un atomo di un dato elemento in una data molecola forma è chiamato valenza dell'elemento.
La valenza è solitamente indicata con numeri romani: I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII.
In tutte le molecole in esame, ogni atomo di idrogeno forma un legame: quindi la valenza dell'idrogeno è uguale a uno (I).
L'atomo di cloro nella molecola HCl forma un legame, la sua valenza in questa molecola è I. L'atomo di ossigeno nella molecola H2O forma due legami, la sua valenza è II. Valenza
l'azoto in NH3 è III e la valenza del carbonio in CH4 è IV. Alcuni elementi hanno valenza permanente.
Gli elementi con valenza costante sono elementi che in tutte le connessioni esibiscono la stessa valenza
Elementi a valenza costante I sono: idrogeno H, fluoro F , metalli alcalini: litio Li, sodio Na,
potassio K, rubidio Rb, cesio Cs.
Gli atomi di questi elementi monovalenti sempre forma
un solo legame chimico.
Elementi con valenza costante II:
ossigeno O, magnesio Mg, calcio Ca, stronzio Sr, bario Ba, zinco Zn.
Elemento a valenza costante III - alluminio Al.
La maggior parte degli elementi ha valenza variabile.
Gli elementi con valenza variabile sono elementi che in diversi composti possono avere diversi valori di valenza*.
Pertanto, gli atomi di questi elementi in diversi composti possono formarsi numero diverso legami chimici (Tabella 4).
* Il significato fisico della valenza, le ragioni dell'esistenza di elementi con valenza costante e variabile, considereremo dopo aver studiato la teoria della struttura degli atomi.
Tabella 4
I valori di valenza più caratteristici di alcuni elementi
Elementi |
Il più caratteristico |
valenza |
|
II, III, IV, VI, VII |
|
Per determinare la valenza di tali elementi in un dato composto, puoi usare il va-
pigrizia.
Secondo questa regola, nella maggior parte dei composti binari di tipo A m B n, il prodotto della valenza dell'elemento A (x) per il numero dei suoi atomi (t) è uguale al prodotto della valenza dell'elemento
ta B (y) per il numero dei suoi atomi (n):
x t = y n * .
Determiniamo, ad esempio, la valenza del fosforo nei seguenti composti:
x I |
x" II |
PH3 |
P2O5 |
valenza dell'idrogeno |
valenza dell'ossigeno |
costante e uguale a I |
costante e uguale a II |
x 1 = 1 3 |
x" 2 = 2 5 |
x = 3 |
x" = 5 |
PH3 |
P2O5 |
Il fosforo in PH3 è |
Il fosforo in P2 O5 è |
trivalente |
pentavalente |
elemento |
elemento |
* La regola di valenza non si applica ai composti binari in cui gli atomi dello stesso elemento sono direttamente collegati tra loro. Ad esempio, la regola di valenza non obbedisce
ossido di idrogeno H2 O2, poiché nella sua molecola c'è un legame tra atomi di ossigeno: H-O-O-H.
Usando la regola di valenza, si può formulare composti binari, cioè determinano gli indici in queste formule.
Scriviamo, ad esempio, la formula del composto alluminio con ossigeno. Al e O hanno valori di valenza costanti,
responsabilmente III e II:
Il minimo comune multiplo (LCM) dei numeri 3 e 2 è 6. Dividi l'LCM per la valenza di Al:
6: 3 \u003d 2 e per valenza O: 6: 2 \u003d 3
Questi numeri sono uguali agli indici dei simboli del corrispondente
elementi nella formula composta:
Al2O3
Diamo un'occhiata a altri due esempi.
Scrivi formule per composti costituiti da:
nota che nella maggior parte dei composti binari
Gli atomi dello stesso elemento non si legano direttamente tra loro.
Scriviamo le formule grafiche di tutti i composti che abbiamo considerato in questo paragrafo:
Confronta il numero di trattini per ogni elemento con la sua valenza, che è indicata nel testo del paragrafo.
Domande da controllare
1. Qual è la valenza di un elemento?
2. Quali numeri indicano solitamente la valenza?
3. Cosa sono gli elementi di valenza costante?
4. Quali elementi hanno valenza costante?
5. Cosa sono gli elementi con valenza variabile? Specificare i valori di valenza più tipici per cloro, zolfo, carbonio, fosforo, ferro.
6. Come viene formulata la regola di valenza?
7. Quali sono i nomi delle formule che mostrano l'ordine di connessione degli atomi nelle molecole e la valenza di ciascun elemento?
Compiti per lavoro autonomo
1. Determina la valenza degli elementi nei seguenti composti: AsH 3 , СuО, N 2 O 3 , CaBr 2 , AlI 3 , SF 6 , K 2 S, SiO 2 , Mg 3 N 2 .
Crea formule grafiche di queste sostanze.
2. Definisci indici m e n nelle seguenti formule:
Hm Sen , Pm Cln , Pbm On , Om Fn , Fem Sn Scrivi le formule grafiche per queste sostanze.
3. Componi le formule molecolari e grafiche dei composti del cromo con l'ossigeno, in cui il cromo mostra valenza II, III e VI.
4. Scrivi formule per composti costituiti da:
a) manganese (II) e ossigeno; b) manganese (IV) e ossigeno; c) manganese (VI) e ossigeno; d) cloro (VII) e ossigeno; e) bario e ossigeno. Scrivi le formule grafiche di queste sostanze.
§ 1.7. Falena. Massa molare
La massa di una sostanza è espressa in kg, go o altre unità
L'unità di misura di una sostanza è la mole.
La maggior parte delle sostanze sono costituite da molecole o atomi.
Una mole è la quantità di una sostanza che contiene tante molecole (atomi) di questa sostanza quanti sono gli atomi in 12 g (0,012 kg) di carbonio C.
Determiniamo il numero di atomi di C in 12 g di carbonio. Per fare ciò, dividiamo 0,012 kg per la massa assoluta dell'atomo di carbonio m a (C) (vedi § 1.3):
0,012 kg / 19,93 10–27 kg ≈ 6,02 1023 .
Dalla definizione del concetto di "talpa" ne consegue che tale numero
uguale al numero di molecole (atomi) in una mole di qualsiasi sostanza. Si chiama numero di Avogadro ed è indicato dal simbolo
bue N A :
(Nota che il numero di Avogadro è un numero molto grande!)
Se una sostanza è costituita da molecole, allora 1 mol è 6,02 1023 molecole di questa sostanza.
Ad esempio: 1 mole di idrogeno H2 è 6,02 1023 molecole di H2; 1 mole di acqua H2O è 6,02 1023 molecole di H2O;
1 mole di glucosio C6 H12 O6 è 6,02 1023
Molecole di C6 H12 O6.
Se una sostanza è composta da atomi, allora 1 mole è 6,02 1023 atomi di questa sostanza.
Ad esempio: 1 mole di ferro Fe corrisponde a 6,02 1023 atomi di Fe;
1 mole di zolfo S corrisponde a 6,02 1023 atomi di S. Pertanto:
1 mole di qualsiasi sostanza contiene il numero avogadiano di particelle che compongono questa sostanza, ovvero circa 6,02 x 1023 molecole o atomi.
La quantità di sostanza (cioè il numero di moli) è indicata dalla lettera latina p (o dalla lettera greca v). Un dato numero di molecole (atomi) è indicato dalla lettera N.
La quantità di sostanza n è uguale al rapporto tra un dato numero di molecole (atomi) N e il numero di molecole (atomi) in 1 mole NA.
Considera la composizione qualitativa e quantitativa delle sostanze. Determiniamo le sue caratteristiche per composti di origine organica e inorganica.
Ciò che mostra la composizione qualitativa della sostanza
Dimostra i tipi di atomi che sono nella molecola analizzata. Ad esempio, l'acqua è composta da idrogeno e ossigeno.
La molecola comprende atomi di sodio e di ossigeno. L'acido solforico contiene idrogeno, ossigeno e zolfo.
Ciò che mostra la composizione del quantitativo
Dimostra il contenuto quantitativo di ciascun elemento all'interno di una sostanza complessa.
Ad esempio, l'acqua contiene due atomi di idrogeno e un ossigeno. L'acido solforico è costituito da due idrogeni, un atomo di zolfo, quattro ossigeni.
È costituito da tre atomi di idrogeno, un fosforo, quattro atomi di ossigeno.
Le sostanze organiche hanno anche una composizione qualitativa e quantitativa delle sostanze. Ad esempio, il metano contiene un carbonio e quattro idrogeni.
Metodi per determinare la composizione di una sostanza
La composizione qualitativa e quantitativa delle sostanze può essere determinata chimicamente. Ad esempio, quando una molecola di un composto complesso viene decomposta, si formano diverse molecole con una composizione più semplice. Pertanto, quando il carbonato di calcio, costituito da calcio, carbonio, quattro atomi di ossigeno, viene riscaldato, si possono ottenere due atomi di carbonio.
E i composti formati nel corso della decomposizione chimica possono avere una diversa composizione qualitativa e quantitativa delle sostanze.
Semplice e connessioni complesse può essere una composizione molecolare e non molecolare.
Il primo gruppo è diverso stati di aggregazione. Ad esempio, lo zucchero è un solido, l'acqua è liquida e l'ossigeno è un gas.
I composti di una struttura non molecolare in condizioni standard sono in forma solida. Questi includono i sali. Nel processo di riscaldamento, si sciolgono, passano da uno stato solido a uno liquido.
Esempi di determinazione della composizione
"Descrivere la composizione qualitativa e quantitativa delle seguenti sostanze: ossido di zolfo (4), ossido di zolfo (6)". Questo compito è tipico del corso scolastico. chimica inorganica. Per affrontarlo, devi prima formulare i composti proposti usando valenze o stati di ossidazione.
Entrambi gli ossidi proposti contengono lo stesso elementi chimici, pertanto, la loro composizione qualitativa è la stessa. Includono atomi di zolfo e ossigeno. Ma quantitativamente, i risultati saranno diversi.
Il primo composto contiene due atomi di ossigeno, mentre il secondo ne ha sei.
Completiamo il seguente compito: "Descrivi la composizione qualitativa e quantitativa delle sostanze H2S".
La molecola di idrogeno solforato è costituita da un atomo di zolfo e due idrogeni. La composizione qualitativa e quantitativa della sostanza H2S consente di prevederne le proprietà chimiche. Poiché la composizione contiene un catione di idrogeno, l'idrogeno solforato è in grado di esibire proprietà ossidanti. Ad esempio, caratteristiche simili appaiono nell'interazione con il metallo attivo.
Anche le informazioni sulla composizione qualitativa e quantitativa di una sostanza sono rilevanti per composti organici. Ad esempio, conoscendo il contenuto quantitativo dei componenti in una molecola di idrocarburo, si può determinare se appartiene a una certa classe di sostanze.
Queste informazioni consentono di prevedere la sostanza chimica e caratteristiche fisiche dell'idrocarburo analizzato, per rivelarne le proprietà specifiche.
Ad esempio, sapendo che nella composizione ci sono quattro atomi di carbonio e dieci idrogeni, possiamo concludere che questa sostanza appartiene alla classe degli idrocarburi saturi (saturi) aventi la formula generale SpH2n + 2. Tutti i rappresentanti di questa serie omologa sono caratterizzati da un meccanismo radicale e dall'ossidazione da parte dell'ossigeno atmosferico.
Conclusione
Qualsiasi sostanza inorganica e organica ha una certa composizione quantitativa e qualitativa. Le informazioni sono necessarie per stabilire il fisico e proprietà chimiche del composto inorganico analizzato, e per le sostanze organiche, la composizione permette di stabilire l'appartenenza ad una classe, di identificare proprietà chimiche caratteristiche e specifiche.