nekrasovI (Б.В. Некрасов - Основы общей химии), страница 9

простейшая формула глицерина будет СаН00а Пример 4. Найдем простейшую формулу зтана. 0 3. Атомные веса вечающий формуле относительный вес (фор м ульи ый вес) соединения и затем определяют процентное содержание каждой составной . части по обычным правилам арифметики. С подобными вычислениями приходится встречаться довольно часто. !Гример.

Рассчитать процентный состав Не$0<. Форыульиый вес серной нвслоты равен: 2 ° 1.0+ 32,1+ 4 ° 16,0 98,!. Отсюда ейН вЂ” ц — 2,04; Уе 832,70; уеО ' 66,% 2,0 1ОО 321 100 64.0 ° 100 93,! 98,1 ' ', 98,1 Установление формулы соединения часто упрощается, если известны валентности соответствующих элементов. Рассмотрим сначала соединение,.

состоящее из атомов только двух элементов, например алюминия н кислорода. Алюминий трехвалентен, кислород двухвалентен. Из самого вывода понятия валентности вытекает, что входящие в состав химического соединения атомы не могут иметь свободных валентностей. Следовательно„общее нх число у атомов алюминия должно быть равно общему числу валентностей у атомов кяслорода.

Наименьшее число, делящееся без остатка и на 3, н на 2 (наименьшее кратное), будет б. Значит, общее число валентностей как у алюминия, так и у кислорода должно быть равно шести. Но каждый атом алюминия трехвалентен, следовательно, в молекуле должно содержаться два атома алюминия.

Подобным же образом заключаем, что число атомов кислорода равно трем. Итак, простейшая формула соединения алюминия с кислородом будет А)аОа. Не все соединения, формулы которых можно построить по валентности, существуют в действительности. Возможность нх образования зависит в первую очередь от химических свойств элементов, а затем и от внешних условий. Поэтому составление формулы по валентности имеет смысл только тогда, когда из свойств элементов известно, что соответствующее соединение образоваться может. Если соединение содержит трн или более различных элемента, то для составления формулы по валентности необходимо иметь дополнительные данные. Например, для установления формулы азотной кислоты, состоящей из Н, О и г), кроме валентности азота, равной пяти в этом соединении (валентностй водорода и кислорода равны соответственно 1 и 2), такие данные требуются, так как без этого 'задача остается неопределенной и допускает различные решения.

Зная же, что в молекуле азотной кислоты содержатся только один атом водорода н один атом азота, друг с другом непосредственно не связан-. ные, можно получить вполне определенную формулу. Для этого исходим нз атома наиболее многовалентного элемента и рассуждаем следующим образом. Если пятивалеитный атом азота непосредственно с водородом не соединен, то всеми своими валентностями он должен быть связан с атомами кислорода.

Так как последний двухвалентеи, к атому азота могут быть присоединены два атома кислорода полностью и третий —. одной валентностью. У этого третьего атома остается, таким образом, одна свободная валентность. Вместе с. тем в молекуле азотной кислоты должен содержаться один атом водорода. Он, очевидно, и присоединен к атому кислорода. Таким образом, свободных валентностей ни у одного атома не остается, и формула азотной кислоты будет НХОа. Большую наглядность рассуждениям во всех подобных случаях придает пользование структурными формулами, в которых непосредственные связи между атомамн обозначаются черточками (причем /, Введение.

Атомно-молекулярная теория одна черточка соответствует единице валентности каждого из соединенных этой связью атомов). Последовательные стадии построения формулы азотной кислоты могут быть схематически изображены следующим образом: 0 н — о — й(( О Структурные формулы дают гораздо более полное представление о рассматриваемых веществах, чем обычные, так как показывают не только число атомов каждого элемента в молекуле, но и как эти атомы друг с другом соединены.

В связи с этим установление структурных формул нередко требует больших исследований. Такого рода исследованиями занимались и занимаются многие ученые, что объясняется впервые выявленной А. М. Бутлеровым громадной ролью структурных формул в химии, особенно — органической. Относительно простые формулы неорганической химии обычно не пишутся в явно выраженной структурной форме, но часто содержат ее в скрытом виде. Например, азотная кислота обозначается Н>чо, (а ие й(НОз илп )т)оз!(), что указывает на центральное положение в ее молекуле атома азота.з Нередко приходится решать и обратную задачу — находить валентность элементов по уже имеющейся формуле соедйнения. Если она дана в структурной форме, то валентность всех элементов видна из нее непосредственно.

При обычных формулах для вещества, состоя щего только из двух элементов, достаточно, как правило, знать валеитность одного, чтобы найтя валентность другого. Пример. Дана формула Х,Оь Найти валентность азота в этом соелннеиин. В молекуле солержитсн 5 атомов кислорода, слеловательно, у них суммарно 1О валентностей, чему должны соответствовать !О валеитностей атомов азота, Но в молекуле таких атомов лва, значит иа каждый приходится по пять налентиостей. Итак, азот в этом соелиненнн пятивалентен. Если вещество состоит из трех или более элементов, задача осложняется: для определения валентности одного элемента необходимо знать валентности всех остальных и, кроме того, иметь некоторые дополнительные сведения о строении молекулы.

Пример. Определить валентность серы в серной кислоте (НгЯО,). Известно, что вохорол олновалентен, а кислород лвухвалентеи (причем атомы последнего лртг с лр>гом не связаны). Оливка этого недостаточно, так как в зависимости от способа рассужнения можно получить лва различных решении задачи: !) четырем атомам кислорода соответствуют восемь валентностей, двум атомам водорода — лае; в сумме имеем 1О валентностей, которые должны соответствовать валентности серы, т. е. сера лесятивалентна; 2) четыре атома кислорола имеют восемь аалентнастей, но из них Лве тратятся на свизь с волоролом, следовательно, на серу приходится шесть, н она шестнвалентна. Если же лополнительно известно, что в серной кислоте водород испо.

средственно с серой пе соединен, то возможным оказывается только второе решение. Итак, сера в серной кислоте шестивалентна, Понятие валентности можно распространить и на целую группу атомов, входящих в состав молекулы. Так, в азотной кислоте группа Хоз соединена с одним атомом водорода и, следовательно, одновалентна. В серной кислоте группа Яоь соединена с двумя атомами водорода, т. е. двухвалентна, и т. д. Если представить себе такую атомную группу Э" 5. Атомные веса зз без водорода, то она, очевидно, будет иметь свободные валентности (в наших примерах — соответственно одну или две) и вследствие этого не будет способна к устойчивому самостоятельному существованию. Подобные группы атомов, имеющие свободные валентности, называзотся радикалами (радикалы кислот, например 1чОз и 50„часто называют к и с л о т н ы м и о с т а т к а м и, а одновалентный радикал ОН вЂ” г и д р о к с и л о и или водным остатком).

Представление о радикалах значительно упрощает составление формул по валентности, так как при записи многих химических реакций радикалы могут быть без изменения перенесены из одной формулы в другую. Пример. При реакции между амоминнсм н серной кислотой выделяется водород и образуется сернакислый алюминий, т.

е. в результате рсакции алюминий оказывается соединенным с радикалам 50,. Требуется написать формулу сернакислаго алюминия, зная, ито алюминий трехиалентен, а кислотный остаток 50» двухвалентен. Нан. меньшее кратное двух н трех есть 6, следовательно, в молекулу входят лва атома алюминия и три кислотных остатка 50ь т. с. формула будет А!з(50»)з.

Если подобная формула известна, то, зная валвнтность входящего в нее радикала, можно определить валентиость металла, н обратно. Умея находить химические формулы веществ, можно перейти к следующей задаче — составлению х и м и ч е с к и х у р а в н е н и й. Если формулы позволяют производить сокращенную запись состава веществ, то ууавненпя являются подобными же записями химических реакций. Химическое уравнение представляет собой равенство, левая часть которого содержит формулы всех исходных веществ, правая — всех веществ, получающихся в результате реакции.

Перед каждой формулой ставят коэффициент, показывающий, сколько молекул данного вещества входит в уравнение реакции (если коэффициент оказывается равным единице, его не пишут). В качестве примера ниже проведено по стадиям составление уравнения реакции между окисью алюминии н серной кислотой.

Для составления химического уравнения необходимо: 1) Написать в левой части уравнения формулы всех исходных веществ, соединив их знаками плюса: А(гОз + НаБО» 2) Предварительно наметить (не обращая пока внимания на валентность) состав веществ, получающихся в результате реакции, и соединить полученные предварительные формулы знаком плюса.

Наметить состав получающихся продуктов можно в результате их исследования н наблюдения за ходом реакцзш илн зная химические свойства реагирующих веществ и входящих в них элементов: А!зОз+ НзЗОз — А!1ВОе+ Н10 3) Проверить все предварительно намеченные формулы по валентности входящих в ннх элементов или радикалов и внести соответствующие исправления; А!зОз+ НзЯОе — ь А!з(ЯОз)з+ НзО (111) 4) Проверить число атомов каждого элемента (или число радикалов) и уравнять его в обеих частях записи, поставив перед формулами соответствующие коэффициенты. Так как большинство химических реакций протекает в водной среде, проверку числа атомов водорода А Вгедгяие. Атомно-молекулярная теория и кислорода следует обычно проводить лишь после проверки числа атомов других элементов: А),О, + ЗН380, = А)т(ЯО,)з + ЗН,О (17) Пример П Сколько серией кислоты нужно ззтратнть нз вэяимодейетвне со 100 г А! и сколько при этом получится сериакнслаго алюминия н водародз? Уравнение реакции: 2А! + ЗН380! А13(80!)з + ЗНз Вычисления рзсползгзем следуюшкм образом: 1) Исходя иэ зтомиых весов элементов, подечнтывэем для всек атаман и молекул их обшие массы, вхадяшие в реакцию (т.