Состав простых и сложных веществ химики всего мира отражают очень красиво и лаконично в виде химических формул. Химические формулы - это аналоги слов, которые записывают с помощью букв - знаков химических элементов.

Выразим с помощью химических символов состав самого распространённого вещества на Земле - воды. В молекулу воды входят два атома водорода и один атом кислорода. Теперь переведём это предложение в химическую формулу, используя химические символы (водорода - Н и кислорода - О). Число атомов в формуле запишем с помощью индексов - цифр, стоящих внизу справа от химического символа (индекс 1 для кислорода не пишут): Н 2 0 (читают «аш-два-о»).

Формулы простых веществ водорода и кислорода, молекулы которых состоят из двух одинаковых атомов, записывают так: Н 2 (читают «аш-два») и 0 2 (читают «о-два») (рис. 26).

Рис. 26.
Модели молекул и формулы кислорода, водорода и воды

Чтобы отразить число молекул, используют коэффициенты, которые пишут перед химическими формулами: например, запись 2СО 2 (читают «два-цэ-о-два») означает две молекулы углекислого газа, каждая из которых состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода.

Аналогично записывают коэффициенты, когда указывают число свободных атомов химического элемента. Например, нам нужно записать выражение: пять атомов железа и семь атомов кислорода. Делают это следующим образом: 5Fe и 7О.

Размеры молекул, а тем более атомов настолько малы, что их невозможно рассмотреть даже в лучшие оптические микроскопы, дающие увеличение в 5-6 тысяч раз. Их невозможно рассмотреть и в электронные микроскопы, дающие увеличение в 40 тысяч раз. Естественно, что ничтожно малому размеру молекул и атомов соответствуют и ничтожно малые их массы. Учёные рассчитали, например, что масса атома водорода равна 0,000 000 000 000 000 000 000 001 674 г, что можно представить как 1,674 10 -24 г, масса атома кислорода равна 0,000 000 000 000 000 000 000 026 667 г, или 2,6667 10 -23 г, масса атома углерода равна 1,993 10 -23 г, а масса молекулы воды равна 3,002 10 -23 г.

Рассчитаем, во сколько раз масса атома кислорода больше массы атома водорода, самого лёгкого элемента:

Аналогично, масса атома углерода больше массы атома водорода в 12 раз:

Рис. 27. Масса атома углерода равна массе 12 атомов водорода

Масса молекулы воды больше массы атома водорода в 18 раз (рис. 28). Эти величины показывают, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше массы атома водорода, т. е. являются относительными.

Рис. 27. Масса атома воды равна массе 18 атомов водорода

В настоящее время учёные-физики и учёные-химики придерживаются мнения, что относительная атомная масса элемента - это величина, показывающая, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода. Относительную атомную массу обозначают Аr, где r - начальная буква английского слова relative, что означает «относительный». Например, А r (0) = 16, А r (С) = 12, A r (H) = 1.

Каждый химический элемент имеет своё значение относительной атомной массы (рис. 29). Значения относительных атомных масс химических элементов указаны в соответствующих им клетках таблицы Д. И. Менделеева.

Рис. 29.
Каждый элемент имеет свое значение относительной атомной массы

Аналогично, относительную молекулярную массу вещества обозначают М r , например М r (Н 2 0) = 18.

Относительная атомная масса элемента А r и относительная молекулярная масса вещества М r - величины, которые не имеют единиц измерения.

Чтобы узнать относительную молекулярную массу вещества, не обязательно делить массу его молекулы на массу атома водорода. Нужно просто сложить относительные атомные массы элементов, образующих вещество, с учётом числа атомов, например:

Химическая формула содержит важную информацию о веществе. Например, формула С0 2 показывает следующую информацию:

Рассчитаем массовые доли элементов углерода и кислорода в углекислом газе СO 2 .

Ключевые слова и словосочетания

1. Химическая формула.
2. Индексы и коэффициенты.
3. Относительная атомная масса (А r).
4. Относительная молекулярная масса (М r).
5. Массовая доля элемента в веществе.

Работа с компьютером

1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

1. Что означают записи: 3Н; 2Н 2 O; 5O 2 ?
2. Запишите формулу сахарозы, если известно, что в состав её молекулы входят двенадцать атомов углерода, двадцать два атома водорода и одиннадцать атомов кислорода.
3. Используя рисунок 2, запишите формулы веществ и рассчитайте их относительные молекулярные массы.
4. Какой форме существования химического элемента кислорода соответствует каждая из следующих записей: 3O; 5O 2 ; 4СO 2 ?
5. Почему относительная атомная масса элемента и относительная молекулярная масса вещества не имеют единиц измерения?
6. В каком из веществ, формулы которых SO 2 и SO 3 , массовая доля серы больше? Ответ подтвердите расчётами.
7. Вычислите массовые доли элементов в азотной кислоте HNO 3 .
8. Дайте полную характеристику глюкозы С 6 Н 12 0 6 , используя пример описания углекислого газа С0 2 .

Одной из важнейших характеристик атомов является его масса .

Абсолютной называется масса атома, выраженная в килограммах (граммах).

Абсолютная масса атома (m a тома) величина чрезвычайно малая. Так, атом легкого изотопа водорода (протия) имеет массу 1,66 · 10 –27 кг.

m (Н) = 1,66 · 10 –27 кг, m (Н) = 1,66 · 10 –24 г,

атом одного из изотопов кислорода имеет массу 2,67 · 10 –26 кг,

m (О) = 2,67 · 10 –26 кг, m (О) = 2,67 · 10 –23 г,

атом изотопа углерода 12 С имеет массу 1,99 · 10 –26 кг,

m (С) = 1,99 · 10 –26 кг, m (С) = 1,99 · 10 –23 г.

В практических расчётах пользоваться такими величинами крайне неудобно. Поэтому обычно пользуются значениями не абсолютных масс атомов, а значениями относительных атомных масс .

Относительная атомная масса обозначается Ar , индекс r – начальная буква английского слова relative , что значит относительный.

В качестве единицы для измерения масс атомов и молекул принята атомная единица массы (а.е.м.) .

Атомная единица массы (а.е.м.) представляет собой 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12 С, т.е.

а.е.м. = = · 1,99 · 10 –26 кг = · 1,99 · 10 –23 г.

Относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше 1/12 части массы атома изотопа углерода 12 С, т. е. атомной единицы массы.

Относительная атомная масса является безразмерной величиной, но допускается обозначение ее величины в атомных единицах массы (а.е.м.). Например:

Таким образом, значение относительной атомной массы элемента водорода равно 1,001 или, округленно,

Аr(Н) ≈ 1 а.е.м, а кислорода – Аr(O) = 15,999 ≈ 16 а.е.м.

Значения величин относительных атомных масс элементов приведены в периодической системе Д.И. Менделеева. Эти величины представляют собой усредненное значение массы атома какого-либо элемента с учетом существующих в природе изотопов этого элемента и их количества. Для обычных расчетов следует пользоваться округленными значениями относительных атомных масс элементов (см. табл. 4 приложения).

Аналогично понятиям абсолютная масса атома и относительная атомная масса можно сформулировать понятия абсолютная масса молекулы и относительная молекулярная масса.

Абсолютная масса молекулы (m) мол. – масса молекулы химического вещества, выраженная в килограммах (граммах).

Относительная молекулярная масса (М r ) (или просто молекулярная масса) – масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы.

Зная химическую формулу соединения, можно легко определить значение его молекулярной массы, которая определяется как сумма значений атомных масс всех элементов, входящих в состав молекулы вещества.

Например, относительная молекулярная масса серной кислоты Мr(Н 2 SO 4) будет складываться из двух значений относительных атомных масс элемента водорода, одной относительной атомной массы элемента серы и четырех относительных атомных масс элемента кислорода:

Мr(Н 2 SO 4) = 2Аr (Н) + Аr (S) + 4Аr(O) = 2·1 + 32 + 4·16 = 98.

Таким образом, значение молекулярной массы серной кислоты равно 98 или 98 а.е.м.

Молекулярная масса (относительная молекулярная масса) показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 части массы атома углерода 12 С.

В приведенном выше примере значение молекулярной массы серной кислоты равно 98 а.е.м., то есть молекула серной кислоты имеет массу в 98 раз большую, чем 1/12 часть массы атома углерода 12 С.

Атомные и молекулярные массы

ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ. АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВ

Химия – наука о веществах и их превращениях

Вещество – вид материи, состоящий из дискретных частиц, обладающих массой покоя (атомы, молекулы, ионы). Способ существования материи – движение .

Фундаментальный закон природы – закон неуничтожимости материи и движения имеет следствием закон сохранения массы , открытый М.В. Ломоносовым в 1748 году и опубликованный в 1760 году: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Атомно-молекулярное учение

М.В. Ломоносов является также создателем атомно-молекулярного учения, которое он сформулировал в 1741 году.

Основные положения атомно-молекулярного учения:

1) Все вещества состоят из молекул, между которыми имеются промежутки. Молекула – мельчайшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

2) Молекулы состоят из атомов, которые соединяются друг с другом в определенных соотношениях.

Атом – наименьшая частица химического элемента в составе простых и сложных веществ, химически неделимая.

3) Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении.

4) Атомы характеризуются определенной массой и размерами.

5) Разным элементам соответствуют разные атомы (элемент – вид атомов).

6) Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, а молекулы сложных – из разных.

Закон постоянства состава

Открытие закона сохранения массы ознаменовало переход химии к количественным методам исследования. Был изучен состав многих веществ и установлен закон постоянства состава в 1799-1807 гг. Ж. Прустом : всякое чистое вещество, независимо от способов его получения и нахождения в природе, имеет постоянный качественный и количественный состав.

Закон простых кратных отношений

Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы соединяются друг с другом в определенных весовых соотношениях. Многие элементы могут соединяться друг с другом в нескольких различных весовых соотношениях и при этом образуются разные вещества (СО, СО 2). В молекулах СО и СО 2 , N 2 O, NO и NO 2 состав меняется скачками, а не постепенно, что свидетельствует о дискретном строении вещества. Этот закон, подтвержденный на опыте, был первым доказательством реальности существования атомов.

Атомные и молекулярные массы

Атомы и молекулы имеют абсолютные массы порядка 10 –24 –10 –21 г, неудобные для сравнения, поэтому химики пользуются относительными значениями масс атомов. Представление об относительной атомной массе было введено Дж. Дальтоном в 1803 г. За единицу массы он принял массу самого легкого атома – водорода. В настоящее время в качестве эталона принята масса 1/12 массы атома углерода изотопа 12 С, равная 1,66043×10 –24 г.

Относительная атомная (А r) масса показывает во сколько раз данный атом тяжелее 1/12 массы атома изотопа углерода 12 С.

Используя величину удельной теплоемкости , которая легко определяется экспериментально (отношение количества теплоты полученного или отданного 1 г вещества к соответствующему изменению температуры ) можно найти приближенное значение атомной массы. Исключения составляют легкие элементы, особенно неметаллы, имеющие теплоемкость значительно меньше (бериллий, бор, кремний, алмаз).

В настоящее время атомные массы элементов определяют методом масс-спектроскопии. Массы атомов определяют по отклонению траектории их ионов, двигающихся в магнитном поле, поскольку величина отклонение зависит от отношения массы иона к его заряду.

Относительная молекулярная масса (M r)показывает во сколько раз данная молекула тяжелее 1/12 массы атома 12 С.

,

(1.4)

где m м – масса молекулы.