Что такое графическая формула
Электронная и электронно-графическая формула
Что такое электронная и электронно-графическая формула
Наиболее часто электронные формулы записывают для атомов в основном или возбужденном состоянии и для ионов.
Существует несколько правил, которые необходимо учитывать при составлении электронной формулы атома химического элемента. Это принцип Паули, правила Клечковского или правило Хунда.
Составление электронной и электронно-графической формулы
При составление электронной формулы следует учитывать, что номер периода химического элемента определяет число энергетических уровней (оболочек) в атоме, а его порядковый номер количество электронов.
Согласно правилу Клечковского, заполнение энергетических уровней происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел (n + l), а при равных значениях этой суммы – в порядке возрастания n:
При заполнение электронами энергетических подуровней также необходимо соблюдать правило Хунда: в данном подуровне электроны стремятся занять энергетические состояния таким образом, чтобы суммарный спин был максимальным, что наиболее наглядно отражается при составлении электронно-графических формул.
Электронно-графические формулы обычно изображают для валентных электронов. В такой формуле все электроны помечаются стрелочками, а ячейками (квадратиками) – орбитали. В одной ячейке не может находиться более двух электронов. Рассмотрим на примере ванадия. Сначала записываем электронную формулу и определяем валентные электроны:
Внешний энергетический уровень атома вольфрама содержит 6 электронов, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:
Примеры решения задач
| Задание | Изобразите электронную и электронно-графическую формулу химического элемента алюминия. |
| Ответ | Алюминий имеет порядковый номер 13 и расположен в третьем периоде Периодической системы Д.И. Менделеева, следовательно, атом этого химического элемента состоит из положительно заряженного ядра, внутри которого находится 13 протонов, а вокруг ядра имеется три оболочки, по которым движутся 13 электронов. |
Электронная формула алюминия выглядит следующим образом:
На внешнем энергетическом уровне алюминия находится три электрона, все электроны 3-го подуровня. Электронно-графическая формула имеет следующий вид:
| Задание | Изобразите электронную и электронно-графическую формулу химического элемента хлора. |
| Ответ | Хлор имеет порядковый номер 18 и расположен в третьем периоде Периодической системы Д.И. Менделеева, следовательно, атом этого химического элемента состоит из положительно заряженного ядра, внутри которого находится 17 протонов, а вокруг ядра имеется три оболочки, по которым движутся 17 электронов. |
Электронная формула хлора выглядит следующим образом:
На внешнем энергетическом уровне атома хлора находится семь электронов, все они считаются валентными. Электронно-графическая формула имеет следующий вид:
Химические формулы веществ
Химические формула – это изображение качественного и количественного состава вещества с помощью символов химических элементов.
Знаки химических элементов
Химический знак или химический символ элемента – это первая или две первые буквы от латинского названия этого элемента.
Таблица 1: Информация, которую дает химический знак
Название химического знака в большинстве случаев читается как название химического элемента. Например, К – калий, Са – кальций, Mg – магний, Mn – марганец.
Случаи, когда название химического знака читается иначе, приведены в таблице 2:
| Название химического элемента | Химический знак | Название химического знака |
(произношение)
Химические формулы простых веществ
Химическими формулами большинства простых веществ (всех металлов и многих неметаллов) являются знаки соответствующих химических элементов.
Таблица 3: Информация, которую дает химический знак
Химические формулы сложных веществ
Формулу сложного вещества составляют путем записи знаков химических элементов, из которых это вещество состоит, с указанием числа атомов каждого элемента в молекуле. При этом, как правило, химические элементы записывают в порядке увеличения их электроотрицательности в соответствии со следующим практическим рядом:
Исключение составляют:
Число атомов химического элемента в молекуле и сложном ионе определяется на основании понятия валентности или степени окисления и записывается индексом внизу справа от знака каждого элемента (индекс 1 опускается). При этом исходят из правила:
алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле должна быть равной нулю (молекулы электронейтральны), а в сложном ионе – заряду иона.
Этим же правилом пользуются при определении степени окисления химического элемента по формуле вещества или сложного иона. Обычно это элемент, имеющий несколько степеней окисления. Степени окисления остальных элементов, образующих молекулу или ион должны быть известны.
Заряд сложного иона – это алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, образующих ион. Поэтому при определении степени окисления химического элемента в сложном ионе сам ион заключается в скобки, а его заряд выносится за скобки.
При составлении формул по валентности вещество представляют, как соединение, состоящее из двух частиц различного типа, валентности которых известны. Далее пользуются правилом:
в молекуле произведение валентности на число частиц одного типа должно быть равным произведению валентности на число частиц другого типа.
Например:
Цифра, стоящая перед формулой в уравнении реакции, называется коэффициентом. Она указывает либо число молекул, либо число молей вещества.
Коэффициент, стоящий перед химическим знаком, указывает число атомов данного химического элемента, а в случае, когда знак является формулой простого вещества, коэффициент указывает либо число атомов, либо число молей этого вещества.
Например:
Химические формулы многих веществ были определены опытным путем, поэтому их называют «эмпирическими».
Таблица 4: Информация, которую дает химическая формула сложного вещества
1 моль (6,02·10 23 молекул) СаСО3 содержит 1 моль ионов Са 2+ и 1 моль ионов СО3 2- ;
1 моль (100г) карбоната кальция содержит 40г ионов Са 2+ и 60г ионов СО3 2-
Графические формулы
Для составления графической (структурной) формулы вещества необходимо:
Примеры графических формул:
Химическая формула вещества
Знаки химических элементов
Химический знак или химический символ элемента – это первая или две первые буквы от латинского названия этого элемента.
Таблица 1: Информация, которую дает химический знак
На примере Cl
Принадлежность элемента к данному классу химических элементов
Один атом элемента
Относительная атомная масса (Ar) данного элемента
Ar (Cl) = 35,5
Абсолютная атомная масса химического элемента
m = Ar · 1,66·10 -24 г = Ar · 1,66 · 10 -27 кг
M (Cl) = 35,5 · 1,66 · 10 -24 = 58,9 · 10 -24 г
Случаи, когда название химического знака читается иначе, приведены в таблице 2:
Название химического элемента
Название химического знака
Химические формулы простых веществ
Химическими формулами большинства простых веществ (всех металлов и многих неметаллов) являются знаки соответствующих химических элементов.
Таблица 3: Информация, которую дает химический знак
Углерод (алмаз, графит, графен, карбин)
Принадлежность элемента к данному классу химических элементов
Один атом элемента
Относительная атомная масса (Ar) элемента, образующего вещество
Ar (C) = 12
Абсолютная атомная масса
M (C) = 12 · 1,66 · 10-24 = 19,93 · 10 -24 г
Один моль вещества
1 моль углерода, т.е. 6,02 · 10 23 атомов углерода
Молярная масса вещества
M (C) = Ar (C) = 12 г/моль
Химические формулы сложных веществ
Формулу сложного вещества составляют путем записи знаков химических элементов, из которых это вещество состоит, с указанием числа атомов каждого элемента в молекуле. При этом, как правило, химические элементы записывают в порядке увеличения их электроотрицательности в соответствии со следующим практическим рядом:
Me , Si , B , Te , H , P , As , I , Se , C , S , Br , Cl , N , O , F
Число атомов химического элемента в молекуле и сложном ионе определяется на основании понятия валентности или степени окисления и записывается индексом внизу справа от знака каждого элемента (индекс 1 опускается). При этом исходят из правила:
алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле должна быть равной нулю (молекулы электронейтральны), а в сложном ионе – заряду иона.
2Al 3 + +3SO 4 2- =Al 2 (SO 4 ) 3
Заряд сложного иона – это алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, образующих ион. Поэтому при определении степени окисления химического элемента в сложном ионе сам ион заключается в скобки, а его заряд выносится за скобки.
При составлении формул по валентности вещество представляют, как соединение, состоящее из двух частиц различного типа, валентности которых известны. Далее пользуются правилом:
в молекуле произведение валентности на число частиц одного типа должно быть равным произведению валентности на число частиц другого типа.
· 3Fe – три атома железа, 3 моль атомов железа,
· 2H – два атома водорода, 2 моль атомов водорода,
· H 2 – одна молекула водорода, 1 моль водорода.
Таблица 4: Информация, которую дает химическая формула сложного вещества
На примере CaCO3
Принадлежность элемента к определенному классу веществ
Средняя (нормальная) соль
Одна молекула вещества
1 молекула карбоната кальция
Один моль вещества
6,02 · 10 23 молекул CaCO 3
Относительная молекулярная масса вещества (Мr)
М r (CaCO3) = Ar (Ca) +Ar (C) +3Ar (O) =100
Молярная масса вещества (M)
М (CaCO3) = 100 г/моль
Абсолютная молекулярная масса вещества (m)
M (CaCO3) = Mr (CaCO3) · 1,66 · 10 -24 г = 1,66 · 10 -22 г
Качественный состав (какие химические элементы образуют вещество)
кальций, углерод, кислород
Количественный состав вещества:
Число атомов каждого элемента в одной молекуле вещества:
молекула карбоната кальция состоит из 1 атома кальция, 1 атома углерода и 3 атомов кислорода.
Число молей каждого элемента в 1 моле вещества:
В 1 моль СаСО 3 (6,02 ·10 23 молекулах) содержится 1 моль (6,02 ·10 23 атомов) кальция, 1 моль (6,02 ·10 23 атомов) углерода и 3 моль (3·6,02·10 23 атомов) химического элемента кислорода)
Массовый состав вещества:
Масса каждого элемента в 1 моле вещества:
Массовые доли химических элементов в веществе (состав вещества в процентах по массе):
Состав карбоната кальция по массе:
W (Ca) = (n (Ca) ·Ar (Ca) )/Mr (CaCO3) = (1·40)/100= 0,4 (40%)
W (C) = (n (Ca) ·Ar (Ca) )/Mr (CaCO3) = (1·12)/100= 0,12 (12%)
W ( О ) = (n (Ca) ·Ar (Ca) )/Mr (CaCO3) = (3·16)/100= 0,48 (48%)
Для вещества с ионной структурой (соли, кислоты, основания) – формула вещества дает информацию о числе ионов каждого вида в молекуле, их количестве и массе ионов в 1 моль вещества:
Молекула СаСО 3 состоит из иона Са 2+ и иона СО 3 2-
1 моль ( 6,02·10 23 молекул) СаСО 3 содержит 1 моль ионов Са 2+ и 1 моль ионов СО 3 2- ;
1 моль (100г) карбоната кальция содержит 40г ионов Са 2+ и 60г ионов СО 3 2-
Молярный объем вещества при нормальных условиях (только для газов)
Графические формулы
Для составления графической (структурной) формулы вещества необходимо:
· Определить валентность всех химических элементов, образующих вещество.
· Записать знаки всех химических элементов, образующих вещество, каждый в количестве, равном числу атомов данного элемента в молекуле.
· Соединить знаки химических элементов черточками. Каждая черточка обозначает электронную пару, осуществляющую связь между химическими элементами и поэтому одинаково принадлежит обоим элементам.
· Число черточек, окружающих знак химического элемента, должно соответствовать валентности этого химического элемента.
· При составлении формул кислородсодержащих кислот и их солей атомы водорода и атомы металлов связываются с кислотообразующим элементом через атом кислорода.
· Атомы кислорода соединяют друг с другом только при составлении формул пероксидов.
Химические формулы простых и сложных веществ
Химическая формула необходима для отражения состава вещества с помощью специальных символов и индексов. Формула включает символы химических элементов, уточнить которые всегда можно в таблице Менделеева, и индексы. В последнем случае речь идет о цифре, которая ставится справа снизу после знака элемента и указывает на количество его атомов. При ответственной подготовке к ЕГЭ по химии без умения читать формулы веществ просто не обойтись.
Химические формулы простых и сложных веществ
Для большинства простых веществ (многие неметаллы и все металлы) формула представляет собой знак соответствующего химического элемента. Так, для вещества медь и химического элемента медь обозначение одинаково — Cu. Если же вещество существует в форме молекул, то к знаку химического элемента справа внизу добавляется индекс, которые указывает на количество атомов в молекуле. В соответствии с этим правилом формула кислорода записывается как O2, хлора — Cl2, фосфора — P4.
Химическая формула простого вещества дает возможность получить следующую информацию:
Химическая формула: что это и какую информацию несет
На примере алюминия Al можно сказать следующее:
При записи химических формул сложного вещества указывают знаки всех составляющих химических элементов и индексы, по которым можно определить, сколько элементов конкретного атома входит в молекулу. Если индекс отсутствует, то необходимо иметь в виду, что возле знака находится цифра 1.
Химическая формула: что это и какую информацию несет
В некоторых случаях в уравнении реакции перед формулой может стоять цифра. Речь идет о коэффициенте, отражающем число молекул или молей вещества. Если знак химического элемента стоит не перед, а после коэффициента, то речь идет о количестве атомов данного элемента. Например, 3Cu: количество атомов меди — три, количество моль — тоже три.
Химическая формула сложного вещества дает возможность получить следующую информацию:
Химическая формула: что это и какую информацию несет
Возьмем для примера глюкозу C6H12O6 и разберем ее по представленному выше плану:
В 1 моль глюкозы (100 г) содержится 40 г углерода, 7 г водорода и 53 г кислорода.
Химическая формула: что это и какую информацию несет
Структурная химическая формула
Под структурной формулой понимается изображение, отражающее в графическом виде структуру молекул, порядок соединения атомов в них, а также валентность элементов. Данная информация может быть представлена в 2D или 3D виде. В первом случае для обозначения общих электронных пар используются штрихи (валентные черточки).
Химическая формула: что это и какую информацию несет
Структурные 2D формулы могут быть представлены в нескольких вариантах (в качестве примера приведен пиридин C5H5N):
Порядок составления графических структурных формул первого и второго типов следующий:
Химическая формула: что это и какую информацию несет