Тема: Узагальнення знань. Розв'язування здач.

Ціль: подготуватись до тематичного оцінювання.

Массовая доля элемента в веществе

Химическая формула вещества содержит определенную информацию. Она не только отображает качественный состав вещества (т. е. информацию о химических элементах, из которых она состоит), но и его количественный состав.

Например, в молекуле воды на два атома Гидрогена приходится один атом Оксигена. Суммарная относительная атомная масса атомов Гидрогена равна 2 (2 • А_r(Н) = 2 • 1 = 2), а относительная атомная масса атома Оксигена равна 16 (А_r(О) = 16). Следовательно, на 2 массовые части Гидрогена в воде приходится 16 массовых частей Оксигена.

Чтобы описать количественный состав веществ, используют массовую долю элемента в соединении, которую можно вычислить по химической формуле. Массовая доля элемента показывает, какая часть массы вещества приходится на атомы данного элемента. Ее вычисляют как отношение атомной массы данного элемента с учетом числа его атомов в молекуле к относительной молекулярной массе вещества:

где w(Е) — массовая доля химического элемента Е, выраженная в долях единицы;

п — число атомов элемента Е, обозначенное индексом в формуле соединения;

А — относительная атомная масса элемента Е;

М_r — относительная молекулярная масса вещества.

Физическая суть массовой доли заключается в том, что она показывает массу атомов данного элемента в 100 г вещества. Массовая доля может выражаться в долях единицы или процентах. Чтобы перевести доли единицы в проценты, необходимо полученные по формуле значения умножить на 100 %. Сумма массовых долей всех элементов, которые входят в состав соединения, должна быть равна 1 или 100 %.

Пример 1. Вычислите массовые доли химических элементов в углекислом газе СO₂.

Решение:

Вычислим относительную молекулярную массу углекислого газа:

M_r(СO₂) = A_r(С) + 2 • A_r(О) = 12 + 2 • 16 = 44

Вычислим массовые доли Карбона и Оксигена:

Сумма массовых долей Карбона и Оксигена в углекислом газе должна быть равна 1, поэтому массовую долю Оксигена можно определить, вычитая из единицы массовую долю Карбона:

w(O) = 1 - w(С) = 1 - 0,273 = 0,727

Ответ: w(C) = 27,3 %, w(О) = 72,7 %

Валентність

Поняття про валентність

При утворенні молекул атоми з’єднуються не безладно, а в певній послідовності особливими хімічними зв’язками. Кожний атом може утворити не нескінченне, а тільки певне число таких зв’язків. У XIX столітті вчені встановили, що атоми різних елементів мають різну здатність приєднувати до себе інші атоми. Так, наприклад, було помічено, що атом Гідрогену може приєднати тільки один атом іншого хімічного елемента (НСl, HF, NaH), атом Оксигену — два атоми Гідрогену (Н₂O), атом Нітрогену — три атоми Гідрогену (NH₃).

Ця властивість атомів була названа валентністю.

Валентність — це число зв'язків, які певний атом може утворити з іншими атомами.

Щоб показати, як атоми сполучені в молекулі, використовують графічні (структурні) формули. Вони показують не тільки число атомів у молекулі, але й послідовність їх сполучення.

Графічна формула молекули води Н₂O записується так:

Із цієї формули видно, що в молекулі атом Оксигену сполучений з двома атомами Гідрогену, причому атоми Гідрогену один з одним не зв’язані. Кожний хімічний зв’язок у графічній формулі позначається рискою. Атом Оксигену утворює два зв’язки, отже, валентність Оксигену дорівнює двом (Оксиген двовалентний), а атоми Гідрогену утворюють по одному зв’язку — валентність Гідрогену дорівнює одиниці (Гідроген одновалентний).

Розглянемо молекулу вуглекислого газу СO₂. Графічна формула має такий вигляд:

У молекулі вуглекислого газу атоми Оксигену утворюють по два зв’язки з атомом Карбону (такий зв’язок називають подвійним), а Карбон у цьому випадку утворює чотири зв’язки (або два подвійні зв’язки). У цій сполуці валентність Карбону дорівнює чотирьом.

Деякі елементи виявляють сталу валентність — у всіх сполуках їм властиве тільки одне певне значення валентності. Так, Гідроген завжди одновалентний, а Оксиген завжди двовалентний. Інші елементи можуть виявляти різні валентності в різних сполуках. Наприклад, Сульфур може бути двовалентним, чотиривалентним і шестивалентним. Про такі елементи кажуть, що вони виявляють змінну валентність. Для позначення валентності використовують римські цифри.

За відомою валентністю одного хімічного елемента можна встановити валентність інших елементів у сполуці. Визначимо, наприклад, валентність елементів у молекулі хлороводню НСl. Атоми Гідрогену завжди одновалентні, отже, валентність атомів Хлору також дорівнює одиниці, оскільки атом Хлору зв’язаний тільки з атомом Гідрогену і не може утворити з ним більше одного зв’язку. У молекулі амоніаку NH₃ атом Нітрогену зв’язаний з трьома одновалентними атомами Гідрогену, отже, Нітроген тривалентний, оскільки утворює три зв’язки. Зважаючи на це, можна зобразити графічні формули хлороводню й амоніаку:

Валентність хімічних елементів можна визначити за Періодичною системою. Вища (максимальна) валентність хімічного елемента в більшості випадків дорівнює номеру групи Періодичної системи, у якій розташований цей елемент.

Визначення валентності хімічних елементів за формулами бінарних сполук

Сполуки, що складаються з двох хімічних елементів, називають бінарними. Для визначення валентності елементів у бінарній сполуці не обов’язково складати структурні формули. Сумарне число зв’язків атомів одного елемента в бінарній сполуці завжди дорівнює сумарному числу зв’язків усіх атомів іншого елемента.

Наприклад, у молекулі вуглекислого газу СO₂ Карбон чотиривалентний (загальне число зв’язків дорівнює 1 · IV = 4), а Оксиген двовалентний (загальне число зв’язків дорівнює 2 · II = 4). Для всіх елементів у бінарній сполуці добуток числа атомів на валентність буде однаковим.

Складання формули бінарної сполуки за валентністю елементів

Знаючи значення валентностей елементів, можна скласти формулу бінарної сполуки. Складемо, наприклад, формулу сполуки, що складається з атомів шестивалентного Сульфуру — S(VI) і двовалентного Оксигену — О(ІІ). Кожний атом Оксигену утворює тільки два зв’язки, тому для утворення шести зв’язків з атомом Сульфуру необхідно три атоми Оксигену. Отже, формула цієї сполуки — SO₃,

Складаючи хімічні формули, необхідно враховувати порядок написання символів елементів у формулі. На першому місці в хімічній формулі записується символ того елемента, який у Періодичній системі розташований лівіше або нижче. Так, якщо сполука складається з атомів Нітрогену й Оксигену, то на першому місці записується символ Нітрогену, а якщо сполука складається з атомів Калію та Брому, то на першому місці — символ Калію.

Для складання формул бінарних сполук також можна скористатися таким алгоритмом:

Висновки:

1. Валентність дорівнює числу зв'язків, які певний атом може утворити з іншими атомами. При складанні графічних формул зв'язки позначають рисками, отже, валентність дорівнює числу рисок у графічній формулі.

2. Деякі елементи виявляють сталу валентність в усіх сполуках: Гідроген завжди одновалентний, Оксиген — двовалентний тощо. Деякі елементи виявляють змінну валентність, валентність таких елементів обов'язково вказують у назвах сполук.

3. Для визначення валентності за хімічною формулою або при складанні формул за валентністю необхідно дотримуватися принципу, що загальне число зв'язків усіх атомів одного елемента в сполуці дорівнює загальному числу зв'язків усіх атомів іншого елемента.

Контрольні запитання

1. Дайте визначення валентності.

2. Які елементи виявляють сталу валентність, а які — змінну?

3. Наведіть алгоритм визначення валентності в бінарних сполуках. Розгляньте його на прикладі вуглекислого газу СО₂.

4. Наведіть алгоритм складання формул бінарних сполук за валентністю елементів. Розгляньте його на прикладі сульфур(VІ) флуориду.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Укажіть ряд, у якому наведені символи елементів, здатних виявляти валентність II: a) Fe, Сl, Р, S; б) Н, F, К, Na; в) Mg, Ва, Са, О.

2. Моделі молекул можна представляти по-різному: кулестрижневі моделі (мал. 69a) та кулькові (мал. 69б). Розгляньте моделі молекул, визначте валентності всіх хімічних елементів і складіть хімічні формули наведених сполук.

Мал. 69. Кулестрижневі (а) та кулькові моделі (б) деяких молекул. Білими кульками позначені атоми Гідрогену, червоними — Оксигену, зеленими — Хлору, чорними — Карбону

3. Визначте валентність усіх елементів за графічними формулами, зображеними на малюнку 70. Складіть хімічні формули наведених сполук.

Мал. 70. Структурні формули молекул деяких речовин

4. Визначте валентності елементів у таких сполуках: а) Р₂О₅; б) H₂S; в) SnCl₄; г) РН₃; д) Mn₂О₇; е) Na₂О.

5. За допомогою Періодичної системи визначте всі можливі валентності, які можуть виявляти елементи: а) Кальцій; б) Сульфур; в) Бром; г) Фосфор; д) Аргентум; е) Бор. В елементів зі змінною валентністю позначте вищу й нижчу валентності.

6. Складіть формули сполук, утворених елементами: а) Н і Аl(ІІІ); б) C(IV) і S(II); в) Pb(IV) і О; г) Вг(І) і Zn(ll); д) C(IV) і F(l); е) О і Fe(ll); є) Cl(IV) і О; ж) Сu(І) і О; з) Сl(І) і Аu(ІІІ). У дужках вказано валентність, яку виявляє елемент у даній сполуці.

7. За малюнком 60а, с. 71, визначте валентність атомів Силіцію й Оксигену у кварці.

8. Складіть графічні формули сполук із такими формулами: a) SO₃; б) SO₂; в) NO; г) H₂S.

9. Ферум у сполуках з Оксигеном може виявляти валентність II і III. Складіть формули цих сполук і визначте, у якій з них уміст Феруму більший (за масовою часткою).