تدوین فرمول های شیمیایی برای ترکیبات دو عنصر شیمیایی در مواردی که برای هر عنصر فقط یک ظرفیت استوکیومتری وجود دارد.

الگوریتم اقدام	ترسیم فرمول شیمیایی اکسید آلومینیوم
ایجاد (با نام ترکیب) نمادهای شیمیایی عناصر
تعیین ظرفیت اتم های عناصر
نشان دادن نسبت عددی اتم ها در یک ترکیب
ترسیم فرمول	ال 2 O 3

تدوین فرمول های شیمیایی برای ترکیباتی که در محلول آبی به شکل یون وجود دارد.

الگوریتم اقدام	ترسیم فرمول شیمیایی سولفات آلومینیوم
ایجاد (با نام ترکیب) فرمول های شیمیایی یون ها
تعیین تعداد بارهای یونی
محاسبه کمترین مضرب مشترک
تعریف عوامل اضافی
نشان دادن نسبت عددی یون ها
تعیین شاخص های استوکیومتری
ترسیم فرمول	ال 2 (بنابراین 4 ) 3

نوشتن فرمول های شیمیایی

قوانین زیر برای نشان دادن شاخص های استوکیومتری و بارهای یونی در فرمول های شیمیایی وجود دارد.

1. اگر شاخص استوکیومتری به گروهی از اتم ها اشاره دارد، نمادهای شیمیایی نشان دهنده این گروه در داخل پرانتز قرار می گیرند:

C 3 H 5 (OH) 3 - مولکول گلیسرول حاوی 3 گروه هیدروکسی است.

Ca (NO 3) 2 - واحد فرمول نیترات کلسیم حاوی یون های کلسیم و یون های نیترات به نسبت 1: 2 است.

2. داده های مربوط به بار یک یون چند اتمی پیچیده در فرمول شیمیایی به کل یون اشاره دارد:

SO 4 2- - یون سولفات - دارای بار منفی دو برابر است.

NH 4 + - یون آمونیوم - یک بار مثبت دارد.

3. فرمول شیمیایی یک یون پیچیده در براکت های مربع قرار می گیرد و به دنبال آن بار آن قرار می گیرد. آن شامل:

- نماد شیمیایی اتم مرکزی؛

- فرمول شیمیایی لیگاند داخل پرانتز؛

- زیرنویسی که تعداد لیگاندها را نشان می دهد.

4- - یون هگزاسیانوفرات (II). در یونی که دارای چهار بار منفی است، شش لیگاند CN (یون سیانید) به اتم مرکزی Fe II (کاتیون آهن Fe 2+) متصل می شوند.

2+، یون تتراآمین مس (II). در یک یون با دو بار مثبت، چهار لیگاند NH 3 (مولکول آمونیاک) به اتم مرکزی مس (یون Cu 2 + یون) متصل می شوند.

4. فرمول شیمیایی آب در هیدرات ها و هیدرات های کریستالی با یک نقطه از فرمول شیمیایی ماده اصلی جدا می شود.

CuSO 4 5H 2 O - پنتا هیدرات سولفات مس (II) (سولفات مس).

طبقه بندی مواد معدنی و خواص آنها

تمام مواد معدنی به دو دسته ساده و پیچیده تقسیم می شوند.

مواد ساده به فلزات، غیرفلزات و گازهای بی اثر تقسیم می شوند.

مهم ترین کلاس های مواد معدنی پیچیده عبارتند از: اکسیدها، بازها، اسیدها، هیدروکسیدهای آمفوتریک، نمک ها.

اکسیدها ترکیبات دو عنصر است که یکی از آنها اکسیژن است. فرمول کلی اکسیدها:

E متر O n

جایی که m است تعداد اتم های عنصر E؛

n تعداد اتم های اکسیژن است.

نمونه هایی از اکسیدها: K 2 O، CaO، SO 2، P 2 O 5

پایه ها - اینها مواد پیچیده ای هستند که مولکول های آنها از یک اتم فلز و یک یا چند گروه هیدروکسید - OH تشکیل شده است. فرمول کلی پایه ها:

من(HE) y

کجا تو – تعداد گروه های هیدروکسید برابر با ظرفیت فلز (Me).

نمونه هایی از بازها: NaOH، Ca (OH) 2، Co (OH) 3

اسیدها - اینها مواد پیچیده ای هستند که حاوی اتم های هیدروژن هستند که می توانند با اتم های فلزی جایگزین شوند.

فرمول کلی اسیدها

اچ ایکس آس در

که در آن Ac یک باقیمانده اسید است (از انگلیسی، اسید – اسید)؛

ایکس – تعداد اتم های هیدروژن برابر با ظرفیت باقیمانده اسید است.

نمونه هایی از اسیدها: HC1، HNO 3، H 2 SO 4، H 3 PO 4

هیدروکسیدهای آمفوتریک - اینها مواد پیچیده ای هستند که دارای خواص اسیدها و خواص بازها هستند. بنابراین فرمول هیدروکسیدهای آمفوتریک را می توان به صورت باز و به صورت اسید نوشت. نمونه هایی از هیدروکسیدهای آمفوتریک:

روی (OH) 2 \u003d H 2 ZnO 2

Al(OH) 3 = H 3 AlO 3

فرم فرم

بازهای اسیدی

نمک - اینها مواد پیچیده ای هستند که محصولات جایگزینی اتم های هیدروژن در مولکول های اسید با اتم های فلزی یا محصولات جایگزینی گروه های هیدروکسید در مولکول های پایه با باقی مانده های اسید هستند. مثلا:

ترکیب نمک های معمولی با فرمول کلی بیان می شود:

من ایکس (آس) در

جایی که x - تعداد اتم های فلز؛ در - تعداد باقی مانده های اسید

نمونه هایی از نمک ها: K 3 PO 4 ; Mg SO 4 ; Al 2 (SO) 3 ; FeCl3.

اکسیدها

به عنوان مثال: CO - مونوکسید کربن (II) - (بخوانید: "کربن مونوکسید دو"); CO 2 - مونوکسید کربن (IV)؛ Fe 2 O 3 - اکسید آهن (III).

اگر عنصر دارای ظرفیت ثابت باشد، در نام اکسید نشان داده نمی شود. به عنوان مثال: Na 2 O - اکسید سدیم. Al 2 O 3 - اکسید آلومینیوم.

طبقه بندی

تمام اکسیدها به دو دسته نمک ساز و غیر نمک ساز (یا بی تفاوت) تقسیم می شوند.

اکسیدهای غیر نمک ساز (بی تفاوت).اکسیدهایی هستند که در تعامل با اسیدها و بازها نمک تشکیل نمی دهند. تعداد کمی از آنها وجود دارد. چهار اکسید غیر نمک ساز را به خاطر بسپارید: CO، SiO، N 2 O، NO.

اکسیدهای تشکیل دهنده نمکاکسیدهایی هستند که هنگام واکنش با اسیدها یا بازها نمک تشکیل می دهند. برای مثال:

Na 2 O + 2HC1 \u003d 2NaCl + H 2 O

نمک اسید اکسید

برخی از اکسیدها با آب برهمکنش ندارند، اما با هیدروکسیدهایی مطابقت دارند که می توانند به طور غیر مستقیم (غیر مستقیم) به دست آیند. بسته به ماهیت هیدروکسیدهای مربوطه، تمام اکسیدهای تشکیل دهنده نمک به سه نوع بازی، اسیدی، آمفوتریک تقسیم می شوند.

اکسیدهای پایه اکسیدهایی هستند که هیدرات آنها باز هستند. برای مثال:

اکسیدهای پایه		پایه ها

تمام اکسیدهای پایه اکسیدهای فلزی هستند.

اکسیدهای اسیدی اکسیدهایی هستند که هیدرات آنها اسید هستند. برای مثال:

اکسیدهای اسیدی

بیشتر اکسیدهای اسیدی، اکسیدهای غیرفلزی هستند. اکسیدهای اسیدی نیز اکسیدهای برخی از فلزات با ظرفیت بالا هستند. برای مثال: ،

اکسیدهای آمفوتریک اکسیدهایی هستند که مربوط به هیدروکسیدهای آمفوتریک هستند.

تمام اکسیدهای آمفوتریک اکسیدهای فلزی هستند.

از این رو، غیر فلزاتفقط فرم اکسیدهای اسیدی; فلزاتهمه را تشکیل می دهند اصلی، همه آمفوتریکو قدری اسیدیاکسیدها

تمام اکسیدها فلزات تک ظرفیتی(Na 2 O، K 2 O، Cu 2 O، و غیره) پایه هستند. اکثر اکسیدها فلزات دو ظرفیتی(CaO، BaO، FeO، و غیره) نیز پایه هستند. استثناها: BeO، ZnO، PbO، SnO که آمفوتریک هستند. اکثر اکسیدها سه-و فلزات چهار ظرفیتیآمفوتریک هستند:،،،، و غیره اکسیدهای فلزی با ظرفیت V، VI، VII اسیدی هستند:،، و غیره.

فلزات با ظرفیت متغیر می توانند اکسیدهای هر سه نوع را تشکیل دهند.

به عنوان مثال: CrO - اکسید بازی، Cr 2 O 3 - اکسید آمفوتریک، CrO 3 - اکسید اسید.

فرمول های گرافیکی

در یک مولکول اکسید، یک اتم فلز به طور مستقیم به اتم های اکسیژن متصل است.

فرمول شیمیایی ترکیب یک ماده را منعکس می کند. به عنوان مثال، H 2 O - دو اتم هیدروژن به یک اتم اکسیژن متصل هستند. فرمول های شیمیایی همچنین حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار ماده هستند: به عنوان مثال، Fe (OH) 3، Al 2 (SO 4) 3 - این فرمول ها نشان دهنده برخی از گروه های پایدار (OH، SO 4) هستند که بخشی از ماده هستند - آن واحدهای مولکولی یا فرمول

فرمول مولکولیتعداد اتم های هر عنصر در مولکول را نشان می دهد. فرمول مولکولی موادی با ساختار مولکولی (گازها، مایعات و برخی جامدات) را توصیف می کند. ترکیب یک ماده با ساختار اتمی یا یونی را فقط می توان با یک واحد فرمول توصیف کرد.

واحد فرمولنشان دهنده ساده ترین نسبت بین تعداد اتم های عناصر مختلف در یک ماده است. به عنوان مثال، واحد فرمول بنزن CH است، فرمول مولکولی C 6 H 6 است.

فرمول ساختاری (گرافیکی).نشان دهنده ترتیب اتصال اتم ها در یک مولکول و در یک واحد فرمول و تعداد پیوند بین اتم ها است.

ظرفیت

املای صحیح چنین فرمول هایی بر اساس ایده است ظرفیت(valentia - قدرت) به عنوان توانایی یک اتم از یک عنصر معین برای اتصال تعداد معینی از اتم های دیگر به خود. در شیمی مدرن، سه نوع ظرفیت در نظر گرفته می شود: استوکیومتری، الکترونیکی و ساختاری.

ظرفیت استوکیومتریعنصر شیمیایی - تعداد معادل هایی است که یک اتم معین می تواند به خود متصل کند یا تعداد معادل های موجود در اتم است. معادل ها با تعداد اتم های هیدروژن متصل یا جایگزین شده تعیین می شوند، بنابراین ظرفیت استوکیومتری برابر است با تعداد اتم های هیدروژن که یک اتم معین با آنها برهمکنش می کند. اما همه عناصر با هیدروژن برهمکنش نمی‌کنند و تقریباً همه چیز با اکسیژن برهمکنش دارد، بنابراین ظرفیت استوکیومتری را می‌توان دو برابر تعداد اتم‌های اکسیژن متصل تعریف کرد.

به عنوان مثال، ظرفیت استوکیومتری گوگرد در سولفید هیدروژن H 2 S 2، در اکسید SO 2 - 4، در اکسید SO 3 -6 است.

هنگام تعیین ظرفیت استوکیومتری یک عنصر با توجه به فرمول یک ترکیب دوتایی، باید با این قانون هدایت شود: ظرفیت کل همه اتم های یک عنصر باید برابر با ظرفیت کل همه اتم های یک عنصر دیگر باشد.

با دانستن ظرفیت عناصر و این قانون می توان فرمول شیمیایی ترکیب را تهیه کرد. هنگام کامپایل فرمول ها باید مراحل زیر رعایت شود.

1. نمادهای شیمیایی عناصر تشکیل دهنده ترکیب را به ترتیب صعودی الکترونگاتیوی بنویسید، برای مثال:

2. در بالای نمادهای عناصر شیمیایی ظرفیت آنها را بنویسید (معمولاً آن را با اعداد رومی نشان می دهند):

I II III I III II

3. با استفاده از قانون فوق، حداقل مضرب مشترک اعداد بیانگر ظرفیت استوکیومتری هر دو عنصر (به ترتیب 2، 3 و 6) را تعیین کنید.

4) با تقسیم کمترین مضرب مشترک بر ظرفیت عنصر مربوطه، تعداد اتم های فرمول ترکیبات را بیابید:

I II III I III II

K 2 O AlCl 3 Al 2 O 3

مثال 15فرمول اکسید کلر را بنویسید و بدانید که کلر موجود در آن هفت ظرفیتی و اکسیژن دو ظرفیتی است.

راه حل.ما کوچکترین مضرب اعداد 2 و 7 را پیدا می کنیم - برابر با 14 است. با تقسیم کمترین مضرب مشترک بر ظرفیت استوکیومتری عنصر مربوطه، تعداد اتم ها را پیدا می کنیم: کلر 14 : 7=2، اکسیژن 14 : 2=7. بنابراین، فرمول اکسید Cl 2 O 7 است.

حالت اکسیداسیونهمچنین ترکیب ماده را مشخص می کند و برابر با ظرفیت استوکیومتری با علامت مثبت (برای فلز یا عنصر الکترومثبت تر در یک مولکول) یا منهای است.

1. در مواد ساده، حالت اکسیداسیون عناصر صفر است.

2. حالت اکسیداسیون فلوئور در تمام ترکیبات 1- است. هالوژن های باقی مانده (کلر، برم، ید) با فلزات، هیدروژن و سایر عناصر الکترومثبت تر نیز حالت اکسیداسیون 1- دارند، اما در ترکیب با عناصر الکترونگاتیو بیشتر حالت اکسیداسیون مثبت دارند.

3. اکسیژن موجود در ترکیبات دارای حالت اکسیداسیون 2- است. استثناها پراکسید هیدروژن H 2 O 2 و مشتقات آن (Na 2 O 2، BaO 2 و غیره است که در آن اکسیژن حالت اکسیداسیون 1- دارد، و همچنین اکسیژن فلوراید OF 2، که در آن حالت اکسیداسیون اکسیژن است. +2 است.

4. عناصر قلیایی (Li، Na، K، و غیره) و عناصر زیرگروه اصلی گروه دوم سیستم تناوبی (Be، Mg، Ca و غیره) همیشه دارای حالت اکسیداسیون برابر با عدد گروه هستند، که به ترتیب +1 و +2 است.

5. تمام عناصر گروه سوم به جز تالیم، حالت اکسیداسیون ثابتی برابر با عدد گروه دارند، یعنی. +3.

6. بالاترین حالت اکسیداسیون یک عنصر برابر با عدد گروه سیستم تناوبی است و کمترین آن اختلاف است: عدد گروه 8 است. مثلاً بالاترین حالت اکسیداسیون نیتروژن (در گروه پنجم قرار دارد) 5+ (در اسید نیتریک و نمک های آن) و کمترین آن 3- (در آمونیاک و نمک های آمونیوم) است.

7. حالت های اکسیداسیون عناصر موجود در ترکیب یکدیگر را جبران می کنند به طوری که مجموع آنها برای همه اتم های یک مولکول یا یک واحد فرمول خنثی صفر و برای یک یون - بار آن است.

از این قوانین می توان برای تعیین حالت اکسیداسیون ناشناخته یک عنصر در یک ترکیب، در صورت مشخص بودن حالت اکسیداسیون بقیه، و برای فرموله کردن ترکیبات چند عنصری استفاده کرد.

مثال 16وضعیت اکسیداسیون کروم را در نمک K 2 CrO 4 و در یون Cr 2 O 7 2 - تعیین کنید.

راه حل.حالت اکسیداسیون پتاسیم +1 (قانون 4) و اکسیژن -2 (قانون 3) است. حالت اکسیداسیون کروم با X نشان داده می شود. برای واحد فرمول K 2 CrO 4 داریم:

2∙(+1) + X + 4∙(-2) = 0،

بنابراین، حالت اکسیداسیون کروم X = +6 است.

برای یون Cr 2 O 7 2 - داریم: 2∙X + 7∙(-2) = -2، X = +6.

می بینیم که حالت اکسیداسیون کروم در هر دو مورد یکسان است.

مثال 17.وضعیت اکسیداسیون فسفر را در ترکیبات P 2 O 3 و PH 3 تعیین کنید.

راه حل.در ترکیب P 2 O 3، حالت اکسیداسیون اکسیژن 2- است. بر اساس این واقعیت که مجموع جبری حالت های اکسیداسیون مولکول باید برابر با صفر باشد، حالت اکسیداسیون فسفر را می یابیم: 2∙X + 3∙(-2) = 0، از این رو X = +3.

در ترکیب PH 3، حالت اکسیداسیون هیدروژن +1 است، بنابراین X + 3 ∙ (+1) \u003d 0, X \u003d -3.

مثال 18.فرمول اکسیدهایی را که می توان با تجزیه حرارتی هیدروکسیدهای زیر (بازها و اسیدها) به دست آورد، بنویسید: Fe(OH) 3، Cu(OH) 2، H 2 SiO 3، H 3 AsO 4، H 2 WO 4.

راه حل. Fe (OH) 3 - بار یون هیدروکسید -1 است، بنابراین حالت اکسیداسیون آهن +3 و فرمول اکسید مربوطه Fe 2 O 3 است.

Cu (OH) 2 - از آنجایی که دو یون هیدروکسید وجود دارد که بار کل آنها 2- است، حالت اکسیداسیون مس 2 + و فرمول اکسید CuO است.

H2SiO3. حالت اکسیداسیون هیدروژن +1، اکسیژن -2، سیلیکون - X است. معادله جبری: 2 ∙ (+1) + X + 3 ∙ (-2) \u003d 0. X \u003d +4. فرمول اکسید SiO 2 است.

H 3 AsO 4 - درجه اکسیداسیون آرسنیک در اسید با معادله محاسبه می شود:

3 . (+1) + X + 4 (-2) = 0; X = +5.

بنابراین، فرمول اکسید As 2 O 5 است.

H2WO4. حالت اکسیداسیون تنگستن که به همین ترتیب محاسبه می شود (بررسی کنید!) 6+ است. بنابراین، فرمول اکسید مربوطه WO 3 است.

عناصر شیمیایی به عناصر با ظرفیت ثابت و متغیر تقسیم می شوند. بر این اساس، اولی درجه اکسیداسیون ثابتی در هر ترکیبی دارد و دومی دارای درجه اکسیداسیون متفاوتی است که به ترکیب ترکیب بستگی دارد /

در نظر بگیرید که چگونه با استفاده از سیستم تناوبی D.I. مندلیف، می توان حالت اکسیداسیون عناصر را تعیین کرد.

برای حالت های اکسیداسیون پایدار عناصر زیر گروه های اصلیقوانین زیر مشاهده می شود.

1. عناصر گروه I-III تنها حالت های اکسیداسیون را دارند - مثبت و از نظر قدر با اعداد گروه، به جز تالیم که حالت های اکسیداسیون +1 و +3 دارد.

2. عناصر گروه های IV-VI، علاوه بر حداکثر حالت اکسیداسیون مثبت منطبق با عدد گروه، و منفی، برابر با تفاوت بین عدد 8 و عدد گروه، حالت های اکسیداسیون میانی نیز وجود دارد که معمولاً با یکدیگر تفاوت دارند. 2 واحد. برای گروه IV، حالت های اکسیداسیون +4، +2، -4، -2 است. برای گروه V +5، +3، -3، -1. برای گروه VI - +6، +4، -2.

3. عناصر گروه VII همه حالت های اکسیداسیون را از 7+ تا 1- دارند که دو واحد متفاوت است، یعنی. +7، ​​+5، +3، +1 و -1. اما در این گروه (هالوژن ها) فلوئور آزاد می شود که حالت اکسیداسیون مثبت ندارد و در ترکیبات با عناصر دیگر فقط در یک حالت اکسیداسیون -1 وجود دارد.

توجه داشته باشید. چندین ترکیب ناپایدار از کلر، برم و ید با حالت های اکسیداسیون یکنواخت +2، +4 و +6 (ClO، ClO2، ClO3 و غیره) وجود دارد.

عناصر زیر گروه های جانبیهیچ رابطه ساده ای بین حالت های اکسیداسیون پایدار و تعداد گروه وجود ندارد. برای رایج ترین عناصر عناصر زیرگروه های ثانویه، حالت های اکسیداسیون پایدار را باید به سادگی به خاطر بسپارید. این عناصر عبارتند از: کروم کروم (+3 و +6)، منگنز منگنز (+7، +6، +4 و +2)، آهن، کبالت کبالت و نیکل نیکل (+3 و +2)، مس مس (+ 2 و +1)، نقره نقره (+1)، طلا طلا (+3 و +1)، روی روی و کادمیوم Cd (+2)، جیوه جیوه (+2 و +1).

برای تهیه فرمول ترکیبات سه و چند عنصری، دانستن حالت اکسیداسیون همه عناصر ضروری است. در این حالت، تعداد اتم‌های عناصر در فرمول از شرایطی تعیین می‌شود که مجموع حالت‌های اکسیداسیون همه اتم‌ها برابر با صفر (در یک واحد فرمول) یا بار (در یک یون) باشد. به عنوان مثال، اگر مشخص شود که در واحد فرمول اتم های K، Cr و O با حالت های اکسیداسیون به ترتیب برابر با 1+، 6+ و 2- هستند، این شرط با فرمول های K 2 CrO 4 برقرار می شود. K 2 Cr 2 O 7 ، K 2 Cr 3 O 10 و بسیاری دیگر. مشابه این یون با بار 2-، حاوی Cr +6 و O - 2، فرمول های CrO 4 2 -، Cr 2 O 7 2 -، Cr 3 O 10 2 -، Cr 4 O 13 2 - و غیره. مطابقت خواهد داشت.

ظرفیت الکترونیکیعنصر برابر است با تعداد پیوندهای شیمیایی تشکیل شده توسط یک اتم از این عنصر.

در اکثر ترکیبات، ظرفیت الکترونیکی عناصر برابر با استوکیومتری است. اما استثناهای زیادی وجود دارد. به عنوان مثال، در پراکسید هیدروژن H 2 O 2، ظرفیت استوکیومتری اکسیژن یک است (یک اتم هیدروژن در هر اتم اکسیژن) و الکترونیکی دو است که از فرمول ساختاری که پیوندهای شیمیایی اتم ها را نشان می دهد، به دست می آید: H. –O–O–H. اختلاف بین مقادیر ظرفیت های استوکیومتری و الکترونیکی در این مورد با این واقعیت توضیح داده می شود که اتم های اکسیژن نه تنها به اتم های هیدروژن، بلکه به یکدیگر پیوند دارند.

بنابراین، ترکیبات شیمیایی وجود دارد که در آنها ظرفیت های استوکیومتری و الکترونیکی مطابقت ندارند. به عنوان مثال، این ترکیبات شامل ترکیبات پیچیده است.

ظرفیت ساختاری (هماهنگی)،یا عدد هماهنگی با تعداد اتم های همسایه تعیین می شود. به عنوان مثال، در مولکول SO 3، گوگرد دارای 3 اتم اکسیژن مجاور و ظرفیت ساختاری و عدد هماهنگی 3 است، در حالی که ظرفیت استوکیومتری 6 است.

ظرفیت های الکترونیکی و هماهنگی با جزئیات بیشتر در فصل های "پیوند شیمیایی" و "ترکیبات پیچیده" مورد بحث قرار گرفته است.

کلیدواژه: شیمی پایه هشتم. همه فرمول ها و تعاریف، نمادهای مقادیر فیزیکی، واحدهای اندازه گیری، پیشوندهای تعیین واحدهای اندازه گیری، روابط بین واحدها، فرمول های شیمیایی، تعاریف اولیه، به طور خلاصه، جداول، نمودارها.

1. نمادها، نام ها و واحدهای اندازه گیری
برخی از مقادیر فیزیکی مورد استفاده در شیمی

کمیت فیزیکی	تعیین	واحد اندازه گیری
زمان	تی	با
فشار	پ	Pa، kPa
مقدار ماده	ν	خال
جرم ماده	متر	کیلوگرم، گرم
کسر جرمی	ω	بدون بعد
جرم مولی	م	کیلوگرم بر مول، گرم در مول
حجم مولی	V n	m 3 / mol، l / mol
حجم ماده	V	m 3, l
کسر حجمی		بدون بعد
جرم اتمی نسبی	A r	بدون بعد
	آقای	بدون بعد
چگالی نسبی گاز A بر گاز B	دیب (الف)	بدون بعد
چگالی ماده	آر	kg / m 3، g / cm 3، g / ml
ثابت آووگادرو	N A	1/مول
دمای مطلق	تی	K (کلوین)
دمای سلسیوس	تی	درجه سانتیگراد (درجه سانتیگراد)
اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی	س	kJ/mol

2. روابط بین واحدهای مقادیر فیزیکی

3. فرمول های شیمیایی درجه 8

4. تعاریف پایه در پایه 8

• اتم- کوچکترین ذره غیر قابل تقسیم شیمیایی یک ماده.
• عنصر شیمیایینوع خاصی از اتم
• مولکول- کوچکترین ذره یک ماده که ترکیب و خواص شیمیایی خود را حفظ کرده و از اتم تشکیل شده است.
• مواد سادهموادی که مولکول های آنها از اتم هایی از یک نوع تشکیل شده است.
• مواد پیچیدهموادی که مولکول های آنها از انواع مختلفی از اتم ها تشکیل شده است.
• ترکیب کیفی ماده نشان می دهد که از چه اتمی تشکیل شده است.
• ترکیب کمی ماده تعداد اتم های هر عنصر را در ترکیب آن نشان می دهد.
• فرمول شیمیایی- ثبت مشروط ترکیب کیفی و کمی یک ماده با استفاده از نمادها و شاخص های شیمیایی.
• واحد جرم اتمی(amu) - واحد اندازه گیری جرم یک اتم، برابر با جرم 1/12 اتم کربن 12 C.
• خال- مقدار ماده ای که دارای تعداد ذرات برابر با تعداد اتم های موجود در 0.012 کیلوگرم کربن 12 C است.
• ثابت آووگادرو (Na \u003d 6 * 10 23 mol -1) - تعداد ذرات موجود در یک مول.
• جرم مولی یک ماده (م ) جرم ماده ای است که به مقدار 1 مول گرفته می شود.
• جرم اتمی نسبیعنصر آ r - نسبت جرم یک اتم عنصر معین m 0 به 1/12 جرم یک اتم کربن 12 C.
• وزن مولکولی نسبیمواد م r - نسبت جرم یک مولکول یک ماده معین به 1/12 جرم اتم کربن 12 C. جرم مولکولی نسبی برابر است با مجموع جرمهای اتمی نسبی عناصر شیمیایی که ترکیب را تشکیل می دهند. با در نظر گرفتن تعداد اتم های این عنصر.
• کسر جرمیعنصر شیمیایی ω(X)نشان می دهد که این عنصر چه بخشی از وزن مولکولی نسبی ماده X را به خود اختصاص می دهد.

مطالعات اتمی-مولکولی
1. موادی با ساختار مولکولی و غیر مولکولی وجود دارد.
2. بین مولکول ها شکاف هایی وجود دارد که ابعاد آن به حالت تجمع ماده و دما بستگی دارد.
3. مولکول ها در حرکت مداوم هستند.
4. مولکول ها از اتم ها تشکیل شده اند.
6. اتم ها با جرم و اندازه خاصی مشخص می شوند.
در پدیده های فیزیکی، مولکول ها حفظ می شوند، در پدیده های شیمیایی، به عنوان یک قاعده، آنها از بین می روند. اتم ها در پدیده های شیمیایی مرتب می شوند و مولکول های مواد جدید را تشکیل می دهند.

قانون ترکیب ثابت یک ماده
هر ماده شیمیایی خالص ساختار مولکولی، صرف نظر از روش تهیه، دارای یک ترکیب کیفی و کمی ثابت است.

ظرفیت
ظرفیت خاصیت یک اتم یک عنصر شیمیایی برای اتصال یا جایگزینی تعداد معینی از اتم های یک عنصر دیگر است.

واکنش شیمیایی
واکنش شیمیایی فرآیندی است که در آن ماده دیگری از یک ماده تشکیل می شود. معرف ها موادی هستند که وارد یک واکنش شیمیایی می شوند. محصولات واکنش موادی هستند که در نتیجه یک واکنش تشکیل می شوند.
علائم واکنش های شیمیایی:
1. آزاد شدن گرما (نور).
2. تغییر رنگ.
3. پیدایش بو.
4. بارش.
5. انتشار گاز.

• معادله شیمیایی- ثبت یک واکنش شیمیایی با استفاده از فرمول های شیمیایی. نشان می دهد که چه موادی و در چه مقداری واکنش نشان می دهند و در نتیجه واکنش به دست می آیند.

قانون حفظ جرم
جرم مواد وارد شده به یک واکنش شیمیایی برابر با جرم مواد تشکیل شده در نتیجه واکنش است. در نتیجه واکنش های شیمیایی، اتم ها ناپدید نمی شوند و ظاهر نمی شوند، اما بازآرایی آنها اتفاق می افتد.

مهمترین طبقات مواد معدنی

خلاصه درس شیمی پایه هشتم. همه فرمول ها و تعاریف

موضوع بعدی: "".

علم شیمی- علم ترکیب، ساختار، خواص و تبدیل مواد.

دکترین اتمی - مولکولی.مواد متشکل از ذرات شیمیایی (مولکول ها، اتم ها، یون ها) هستند که ساختار پیچیده ای دارند و از ذرات بنیادی (پروتون، نوترون، الکترون) تشکیل شده اند.

اتم- یک ذره خنثی متشکل از یک هسته مثبت و الکترون.

مولکول- یک گروه پایدار از اتم ها که توسط پیوندهای شیمیایی به هم متصل شده اند.

عنصر شیمیایینوعی اتم با بار هسته ای یکسان. تعیین عنصر

که در آن X نماد عنصر است، ز- شماره سریال عنصر در سیستم دوره ای عناصر D.I. مندلیف، آ- عدد جرمی. شماره سریال زبرابر با بار هسته اتم، تعداد پروتون های هسته اتم و تعداد الکترون های اتم است. عدد جرمی آبرابر است با مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یک اتم. تعداد نوترون ها برابر با اختلاف است A-Z

ایزوتوپ هااتم های یک عنصر با اعداد جرمی متفاوت.

جرم اتمی نسبی(A r) نسبت میانگین جرم یک اتم از یک عنصر با ترکیب ایزوتوپی طبیعی به 1/12 جرم یک اتم ایزوتوپ کربن 12 C است.

وزن مولکولی نسبی(M r) - نسبت جرم متوسط ​​یک مولکول یک ماده با ترکیب ایزوتوپی طبیعی به 1/12 جرم یک اتم ایزوتوپ کربن 12 C.

واحد جرم اتمی(a.u.m) - 1/12 قسمت از جرم یک اتم ایزوتوپ کربن 12 C. 1 a.u. m = 1.66؟ 10-24 سال

خال- مقدار یک ماده حاوی تعداد واحدهای ساختاری (اتم، مولکول، یون) به تعداد اتم های موجود در 0.012 کیلوگرم ایزوتوپ کربن 12 C. خال- مقدار یک ماده حاوی 6.02 10 23 واحد ساختاری (اتم ها، مولکول ها، یون ها).

n = N/N A, جایی که n- مقدار ماده (مول)، نتعداد ذرات است، a N Aثابت آووگادرو است. مقدار یک ماده را می توان با نماد v نیز نشان داد.

ثابت آووگادرو N A = 6.02 10 23 ذرات در مول.

جرم مولیم(g / mol) - نسبت جرم یک ماده مترد) به مقدار ماده n(مول):

M = m/n،جایی که: m = M nو n = m/M.

حجم مولی گازوی ام(l/mol) - نسبت حجم گاز Vل) به مقدار ماده این گاز n(مول). در شرایط عادی V M = 22.4 لیتر در مول.

شرایط عادی:درجه حرارت t = 0 درجه سانتیگراد یا T = 273 K، فشار p = 1 اتمسفر = 760 میلی متر. rt هنر = 101 325 Pa = 101.325 کیلو پاسکال.

V M = V/n،جایی که: V = V M nو n = V/V M .

نتیجه یک فرمول کلی است:

n = m/M = V/V M = N/N A .

معادل- یک ذره واقعی یا شرطی که با یک اتم هیدروژن برهمکنش می کند، یا جایگزین آن می شود، یا به طریق دیگری معادل آن است.

معادل جرم مولی M e- نسبت جرم یک ماده به تعداد معادل های این ماده: M e = m/n (معادله) .

در واکنش های تبادل بار، جرم مولی ماده معادل است

با جرم مولی مبرابر با: M e = М/(n ? m).

در واکنش های ردوکس، جرم مولی معادل یک ماده با جرم مولی است مبرابر با: M e = M/n(e)،جایی که n(e)تعداد الکترون های منتقل شده است.

قانون معادل ها- جرم واکنش دهنده های 1 و 2 با جرم مولی معادل های آنها متناسب است. m1/m2= M E1 / M E2،یا m 1 / M E1 \u003d m 2 / M E2،یا n 1 \u003d n 2،جایی که متر 1و متر مربعجرم دو ماده هستند، M E1و M E2جرم مولی معادل هستند، n 1و n 2- تعداد معادل های این مواد.

برای حل ها، قانون معادل ها را می توان به شکل زیر نوشت:

c E1 V 1 = c E2 V 2، جایی که با E1، با E2، V 1و V 2- غلظت مولی معادل ها و حجم محلول های این دو ماده.

قانون ترکیبی گاز: pV = nRT، جایی که پ- فشار (Pa, kPa) V- حجم (m 3, l) n- مقدار ماده گاز (مول)، T-دما (K) تی(K) = تی(°C) + 273، آر- مقدار ثابت، R= 8.314 J / (K? mol)، در حالی که J \u003d Pa m 3 \u003d kPa l.

2. ساختار اتم و قانون تناوبی

دوگانگی موج - ذرهماده - این ایده که هر جسم می تواند هم خواص موجی و هم خاصیت جسمی داشته باشد. لویی دو بروگل فرمولی را پیشنهاد کرد که خواص موج و ذرات اجسام را به هم مرتبط می کند: ? = h/(mV)،جایی که ساعتثابت پلانک است، ? طول موجی است که به هر جسم دارای جرم مربوط می شود مترو سرعت vاگرچه خواص موج برای همه اجسام وجود دارد، اما آنها را می توان فقط برای اجسام ریز مشاهده کرد که جرم هایی به اندازه جرم یک اتم و یک الکترون دارند.

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ: ?(mV x) ?x > h/2nیا ?V x ?x > h/(2?m)،جایی که مترجرم ذره است، ایکسمختصات آن است Vx- سرعت در جهت ایکس، ؟- عدم قطعیت، خطای تعیین. اصل عدم قطعیت به این معنی است که تعیین موقعیت (مختصات) به طور همزمان غیرممکن است. ایکس)و سرعت (Vx)ذرات.

ذرات با جرم های کوچک (اتم ها، هسته ها، الکترون ها، مولکول ها) در درک مکانیک نیوتنی ذره ای نیستند و توسط فیزیک کلاسیک قابل مطالعه نیستند. آنها توسط فیزیک کوانتوم مورد مطالعه قرار می گیرند.

عدد کوانتومی اصلیnمقادیر 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7 مربوط به سطوح الکترونیکی (لایه) K، L، M، N، O، P و Q را می گیرد.

مرحله- فضایی که الکترون هایی با تعداد یکسان در آن قرار دارند nالکترون های سطوح مختلف از نظر مکانی و انرژی از یکدیگر جدا می شوند، زیرا تعداد nانرژی الکترون ها را تعیین می کند E(بیشتر nبیشتر E)و فاصله آربین الکترون ها و هسته (هر چه بیشتر nبیشتر ر).

عدد کوانتومی مداری (سمتی، سمتی).لبسته به تعداد مقادیر را می گیرد n:l= 0, 1,…(n- یک). به عنوان مثال، اگر n= 2، سپس l = 0.1; اگر n= 3، سپس l = 0، 1، 2. شماره لسطح فرعی (زیرلایه) را مشخص می کند.

زیرسطح- فضایی که الکترون ها با معینی در آن قرار دارند nو لسطوح فرعی این سطح بسته به تعداد تعیین می شود l:s- اگر l = 0, پ- اگر l = 1, د- اگر l = 2, f- اگر l = 3.سطوح فرعی یک اتم معین بسته به اعداد تعیین می شوند nو لمثال: 2 ثانیه (n = 2, l = 0), 3d(n= 3, l = 2) و غیره. سطوح فرعی یک سطح معین دارای انرژی های متفاوتی هستند (هر چه بیشتر لبیشتر E): E s< E < Е А < … و اشکال مختلف اوربیتال هایی که این سطوح فرعی را تشکیل می دهند: اوربیتال s شکل یک توپ را دارد، پ-اوربیتال به شکل دمبل و غیره است.

عدد کوانتومی مغناطیسیمتر 1جهت گشتاور مغناطیسی مداری را برابر با لدر فضا نسبت به میدان مغناطیسی خارجی و مقادیر: - l،…-1، 0، 1،…l،یعنی کل (2 لیتر + 1) ارزش. به عنوان مثال، اگر l = 2، سپس m 1 =-2, -1, 0, 1, 2.

مداری(بخشی از یک سطح فرعی) - فضایی که الکترونها (بیش از دو نفر) با معین قرار دارند n، l، m 1.سطح فرعی شامل 2 لیتر + 1مداری برای مثال، د- سطح فرعی شامل پنج اوربیتال d است. اوربیتال های یک سطح فرعی با اعداد متفاوت متر 1،همین انرژی را دارند

عدد اسپین مغناطیسیاماسجهت گیری گشتاور مغناطیسی ذاتی الکترون s برابر با؟ را نسبت به میدان مغناطیسی خارجی مشخص می کند و دو مقدار می گیرد: +? و _؟

الکترون ها در یک اتم طبق قوانین زیر سطوح، سطوح فرعی و اوربیتال ها را اشغال می کنند.

قانون پائولی:دو الکترون در یک اتم نمی توانند چهار عدد کوانتومی یکسان داشته باشند. آنها باید حداقل با یک عدد کوانتومی متفاوت باشند.

از قانون پائولی چنین برمی‌آید که یک اوربیتال نمی‌تواند بیش از دو الکترون داشته باشد، یک سطح فرعی نمی‌تواند بیش از 2 (2l + 1) الکترون داشته باشد، یک سطح نمی‌تواند بیش از 2n 2الکترون ها

قانون کلچکوفسکی:پر کردن سطوح فرعی الکترونیکی به ترتیب صعودی مقدار انجام می شود (n+l)،و در مورد همان مقدار (n+l)- به ترتیب افزایش تعداد n

شکل گرافیکی قانون کلچکوفسکی.

طبق قانون کلچکوفسکی، پر کردن سطوح فرعی به ترتیب زیر انجام می شود: 1s, 2s, 2p, 3s, Zp, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s,…

اگرچه پر کردن سطوح فرعی طبق قانون کلچکوفسکی انجام می شود، اما در فرمول الکترونیکی، سطوح فرعی به ترتیب توسط سطوح نوشته می شوند: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4fبنابراین، فرمول الکترونیکی اتم برم به صورت زیر نوشته می شود: Br (35e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 .

پیکربندی الکترونیکی تعدادی از اتم ها با آنچه توسط قانون کلچکوفسکی پیش بینی شده بود متفاوت است. بنابراین، برای کروم و مس:

Cr(24e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1و مس (29e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1.

قانون هوند (گاند):پر شدن اوربیتال های یک زیرسطح معین به گونه ای انجام می شود که کل اسپین حداکثر باشد. اوربیتال های یک سطح فرعی معین ابتدا توسط یک الکترون پر می شوند.

پیکربندی های الکترونیکی اتم ها را می توان بر اساس سطوح، سطوح فرعی، اوربیتال ها نوشت. به عنوان مثال، فرمول الکترونیکی P(15e) را می توان نوشت:

الف) توسط سطوح)2)8)5;

ب) توسط سطوح فرعی 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3;

ج) توسط اوربیتال ها

نمونه هایی از فرمول های الکترونیکی برخی اتم ها و یون ها:

V(23e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2;

V 3+ (20e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 0.

3. پیوند شیمیایی

3.1. روش باند ظرفیت

با توجه به روش پیوندهای ظرفیتی، پیوند بین اتم های A و B با استفاده از یک جفت الکترون مشترک ایجاد می شود.

پیوند کووالانسی. ارتباط اهداکننده و پذیرنده.

ظرفیت اتم ها توانایی تشکیل پیوندهای شیمیایی را مشخص می کند و برابر با تعداد پیوندهای شیمیایی تشکیل شده توسط یک اتم است. بر اساس روش پیوندهای ظرفیت، ظرفیت برابر است با تعداد جفت الکترون های مشترک و در مورد پیوند کووالانسی، ظرفیت برابر است با تعداد الکترون های جفت نشده در سطح بیرونی یک اتم در زمین یا برانگیخته آن. ایالت ها.

ظرفیت اتم ها

به عنوان مثال، برای کربن و گوگرد:

اشباع پذیریپیوند کووالانسی: اتم ها تعداد محدودی پیوند برابر ظرفیت خود تشکیل می دهند.

هیبریداسیون اوربیتال های اتمی– اختلاط اوربیتال های اتمی (AO) سطوح فرعی مختلف اتم که الکترون های آن در تشکیل پیوندهای؟ معادل دخیل هستند. هم ارزی اوربیتال های هیبریدی (HO) هم ارزی پیوندهای شیمیایی تشکیل شده را توضیح می دهد. به عنوان مثال، در مورد یک اتم کربن چهار ظرفیتی، یک وجود دارد 2s–و سه 2p-الکترون برای توضیح هم ارزی چهار پیوند؟ تشکیل شده توسط کربن در مولکول های CH 4، CF 4 و غیره، پیوند اتمی s-و سه R-اوربیتال ها با چهار هیبرید معادل جایگزین می شوند sp 3-اوربیتال ها:

گرایشپیوند کووالانسی این است که در جهت حداکثر همپوشانی اوربیتال هایی که یک جفت الکترون مشترک را تشکیل می دهند تشکیل می شود.

بسته به نوع هیبریداسیون، اوربیتال های هیبریدی آرایش فضایی خاصی دارند:

sp- خطی، زاویه بین محورهای اوربیتال ها 180 درجه است.

sp 2- مثلثی، زاویه بین محورهای اوربیتال ها 120 درجه است.

sp 3- چهار وجهی، زاویه بین محورهای اوربیتال ها 109 درجه است.

sp 3 d 1- مثلثی-دو هرمی، زوایای 90 درجه و 120 درجه؛

sp2d1- مربع، زوایای بین محورهای اوربیتال ها 90 درجه است.

sp 3 d 2- هشت وجهی، زاویه بین محورهای اوربیتال 90 درجه است.

3.2. نظریه اوربیتال های مولکولی

طبق نظریه اوربیتال های مولکولی، یک مولکول از هسته و الکترون تشکیل شده است. در مولکول ها، الکترون ها در اوربیتال های مولکولی (MOs) قرار دارند. MO الکترون های بیرونی ساختار پیچیده ای دارند و به عنوان ترکیبی خطی از اوربیتال های بیرونی اتم های سازنده مولکول در نظر گرفته می شوند. تعداد MO های تشکیل شده برابر با تعداد AO های شرکت کننده در تشکیل آنها است. انرژی MO ها می تواند کمتر (MOs پیوندی)، برابر (MOs غیر پیوندی)، یا بیشتر (MOs شل کننده، ضد پیوند) نسبت به انرژی AOs باشد که آنها را تشکیل می دهد.

شرایط تعامل JSC

1. AO اگر انرژی های مشابهی داشته باشد برهم کنش می کند.

2. AO ها در صورت همپوشانی با یکدیگر تعامل دارند.

3. اگر تقارن مناسب داشته باشند، AO برهم کنش دارند.

برای یک مولکول AB دو اتمی (یا هر مولکول خطی)، تقارن MO می تواند باشد:

اگر یک MO داده شده دارای یک محور تقارن باشد،

اگر MO داده شده دارای صفحه تقارن باشد،

اگر MO دارای دو صفحه متقارن عمود بر هم باشد.

وجود الکترون‌ها روی MOهای پیوندی سیستم را تثبیت می‌کند، زیرا انرژی مولکول را در مقایسه با انرژی اتم‌ها کاهش می‌دهد. پایداری یک مولکول مشخص می شود دستور اتصال nمساوی با: n \u003d (n sv - n res) / 2،جایی که n sv و n res -تعداد الکترون‌ها در اوربیتال‌های پیوندی و شل‌شونده.

پر شدن یک MO با الکترون ها طبق قوانین مشابه پر شدن یک AO در یک اتم اتفاق می افتد، یعنی: قانون پائولی (نمی تواند بیش از دو الکترون روی یک MO وجود داشته باشد)، قانون هوند (کل اسپین باید باشد. حداکثر) و غیره

برهمکنش اتم های 1s-AO دوره اول (H و He) منجر به تشکیل یک پیوند؟-MO و شل شدن؟*-MO می شود:

فرمول های الکترونیکی مولکول ها، سفارشات پیوند nانرژی های پیوند تجربی Eو فواصل بین مولکولی آربرای مولکول های دو اتمی از اتم های دوره اول در جدول زیر آورده شده است:

سایر اتم های دوره دوم، علاوه بر 2s-AO، حاوی 2p x -، 2p y - و 2p z -AO هستند که می توانند پس از برهم کنش ?- و β-MO تشکیل دهند. برای اتم های O، F و Ne، انرژی های 2s– و 2p-AO به طور قابل توجهی متفاوت است و برهمکنش بین 2s-AO یک اتم و 2p-AO یک اتم دیگر را می توان نادیده گرفت، با توجه به برهمکنش بین 2s-AO دو اتم جدا از برهمکنش 2p-AO آنها. طرح MO برای مولکول های O 2 , F 2 , Ne 2 به شکل زیر است:

برای اتم های B، C، N، انرژی های 2s– و 2p-AO از نظر انرژی نزدیک هستند و 2s-AO یک اتم با 2p z-AO یک اتم دیگر برهم کنش دارد. بنابراین، ترتیب MO در مولکول های B 2، C 2 و N 2 با ترتیب MO در مولکول های O 2، F 2 و Ne 2 متفاوت است. در زیر طرح MO برای مولکول های B2، C2 و N2 آمده است:

بر اساس طرح های فوق از MO، می توان برای مثال، فرمول های الکترونیکی مولکول های O 2 , O 2 + و O 2 ? را یادداشت کرد:

O 2 + (11e)؟ s2؟ s *2 ? z 2 (? x 2 ? y 2)(? x *1 ? y *0)

n = 2 R = 0.121 نانومتر.

O 2 (12e)؟ s2؟ s *2 ? z 2 (? x 2 ? y 2)(? x *1 ? y *1)

n = 2.5 R = 0.112 نانومتر.

O2؟(13e)؟ s2؟ s *2 ? z 2 (? x 2 ? y 2)(? x *2 ? y *1)

n = 1.5 R = 0.126 نانومتر.

در مورد مولکول O2، نظریه MO پیش بینی قدرت بیشتر این مولکول را ممکن می سازد، زیرا n = 2، ماهیت تغییر در انرژی های اتصال و فواصل بین هسته ای در سری O 2 + - O 2 - O 2 ?، و همچنین پارامغناطیس مولکول O 2، که در MO های بالایی آن دو الکترون جفت نشده وجود دارد.

3.3. برخی از انواع اتصالات

پیوند یونی- پیوند الکترواستاتیک بین یون های بارهای مخالف. یک پیوند یونی را می توان به عنوان یک مورد شدید از یک پیوند قطبی کووالانسی در نظر گرفت. اگر اختلاف الکترونگاتیوی اتم ها؟X بیشتر از 1.5-2.0 باشد، پیوند یونی تشکیل می شود.

پیوند یونی است غیر جهت دار غیر اشباعارتباط. در یک بلور NaCl، یون Na + توسط تمام یون های Cl جذب می شود؟ و بدون توجه به جهت برهمکنش و تعداد یون ها توسط سایر یون های Na + دفع می شود. این از پیش تعیین کننده ثبات بیشتر کریستال های یونی در مقایسه با مولکول های یونی است.

پیوند هیدروژنی- پیوند بین اتم هیدروژن یک مولکول و اتم الکترونگاتیو (F, CI, N) یک مولکول دیگر.

وجود پیوند هیدروژنی خواص غیرعادی آب را توضیح می دهد: نقطه جوش آب بسیار بالاتر از همتایان شیمیایی آن است: t bale (H2O) = 100 درجه سانتی گراد و t bale (H2S) = - 61 درجه سانتیگراد پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های H 2 S تشکیل نمی شود.

4. الگوهای سیر فرآیندهای شیمیایی

4.1. ترموشیمی

انرژی(E)- توانایی انجام کار کار مکانیکی (A) به عنوان مثال، توسط گاز در طول انبساط آن انجام می شود: A \u003d p? V.

واکنش هایی که با جذب انرژی همراه است - گرماگیر

واکنش هایی که با آزاد شدن انرژی صورت می گیرد گرمازا.

انواع انرژی:گرما، نور، انرژی الکتریکی، شیمیایی، هسته ای و غیره

انواع انرژی:جنبشی و پتانسیل

انرژی جنبشی- انرژی یک جسم متحرک، این کاری است که یک جسم می تواند قبل از رسیدن به استراحت انجام دهد.

گرما (Q)- نوعی انرژی جنبشی - مرتبط با حرکت اتم ها و مولکول ها. هنگام انتقال جرم به بدن (متر)و ظرفیت گرمایی ویژه (ج) گرما؟Q دمای آن یک مقدار افزایش می یابد؟ t: ?Q = m با ?t،جایی که؟ t = ?Q/(c t).

انرژی پتانسیل- انرژی به دست آمده توسط بدن در نتیجه تغییر موقعیت آن در فضا یا اجزای آن. انرژی پیوندهای شیمیایی نوعی انرژی پتانسیل است.

قانون اول ترمودینامیک:انرژی می تواند از شکلی به شکل دیگر منتقل شود، اما نمی تواند ناپدید شود یا بوجود بیاید.

انرژی درونی (U) - مجموع انرژی جنبشی و بالقوه ذرات تشکیل دهنده بدن. گرمای جذب شده در واکنش برابر است با تفاوت بین انرژی داخلی محصولات واکنش و واکنش دهنده ها (Q \u003d؟ U \u003d U 2 - U 1)،به شرطی که سیستم روی محیط زیست کار نکرده باشد. اگر واکنش با فشار ثابت ادامه یابد، گازهای آزاد شده در برابر نیروهای فشار خارجی عمل می کنند و گرمای جذب شده در طول واکنش برابر با مجموع تغییرات انرژی داخلی است. ?Uو کار A \u003d p? V.این گرمای جذب شده در فشار ثابت را تغییر آنتالپی می نامند: H = ?U + p?V،تعریف کردن آنتالپیچگونه H \u003d U + pV.واکنش مواد مایع و جامد بدون تغییر قابل توجهی در حجم انجام می شود (?V= 0)، پس برای این واکنش ها چیست؟ اچنزدیک به ?U (?H = ?U). برای واکنش هایی با تغییر حجم، داریم ?H > ?Uاگر توسعه در حال انجام است، و ?H< ?U اگر فشرده سازی در حال انجام است.

تغییر در آنتالپی معمولاً به حالت استاندارد ماده نسبت داده می شود: به عنوان مثال، برای یک ماده خالص در حالت معین (جامد، مایع یا گاز)، در فشار 1 atm = 101325 Pa، دمای 298 K و a. غلظت مواد 1 مول در لیتر.

آنتالپی استاندارد تشکیل H arr- گرمای آزاد شده یا جذب شده در هنگام تشکیل 1 مول از یک ماده از مواد ساده تشکیل دهنده آن، در شرایط استاندارد. مثلا، ?N arr(NaCl) = -411 کیلوژول بر مول. این بدان معناست که در واکنش Na(tv) + ?Cl 2 (g) = NaCl(tv)، در طول تشکیل 1 مول NaCl، 411 کیلوژول انرژی آزاد می شود.

آنتالپی استاندارد واکنش؟- تغییر آنتالپی در طی یک واکنش شیمیایی با فرمول تعیین می شود: ?H = ?N arr(محصولات) - ?N arr(معرف ها).

بنابراین برای واکنش NH 3 (g) + HCl (g) \u003d NH 4 Cl (TV)، دانستن؟ H o 6 p (NH 3) \u003d -46 کیلوژول / مول،؟ H o 6 p (HCl) \ u003d -92 kJ / mol و H o 6 p (NH 4 Cl) = -315 kJ / mol داریم:

H \u003d؟ H o 6 p (NH 4 Cl) -؟ H o 6 p (NH 3) -؟ H o 6 p (HCl) \u003d -315 - (-46) - (-92) \u003d -177 kJ.

اگر؟ اچ< 0، واکنش گرمازا است. اگر؟ H > 0، واکنش گرماگیر است.

قانونهس: آنتالپی استاندارد واکنش به آنتالپی استاندارد واکنش دهنده ها و محصولات بستگی دارد و به مسیر واکنش بستگی ندارد.

فرآیندهای خود به خودی نه تنها می توانند گرمازا باشند، یعنی فرآیندهایی با کاهش انرژی (?اچ< 0)، اما همچنین می تواند فرآیندهای گرماگیر باشد، یعنی فرآیندهایی با افزایش انرژی (?H > 0). در تمام این فرآیندها «بی نظمی» سیستم افزایش می یابد.

آنتروپیاس یک کمیت فیزیکی است که درجه اختلال سیستم را مشخص می کند. S آنتروپی استاندارد، ?S تغییر در آنتروپی استاندارد است. اگر؟S > 0، اختلال رشد می کند اگر AS< 0, то беспорядок системы уменьшается. Для процессов в которых растет число частиц, ?S >0. برای فرآیندهایی که در آنها تعداد ذرات کاهش می یابد، ?S< 0. Например, энтропия меняется в ходе реакций:

CaO (tv) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (tv)،؟ S< 0;

CaCO 3 (تلویزیون) \u003d CaO (تلویزیون) + CO 2 (g)، ?S\u003e 0.

فرآیندها به طور خود به خود با آزاد شدن انرژی پیش می روند، یعنی برای کدام؟ اچ< 0، و با افزایش آنتروپی، یعنی برای کدام؟S > 0. محاسبه هر دو عامل منجر به بیانی برای انرژی گیبس: G = H - TSیا؟ G \u003d؟ H - T? S.واکنش هایی که در آنها انرژی گیبس کاهش می یابد، یعنی ?G< 0, могут идти самопроизвольно. Реакции, в ходе которых энергия Гиббса увеличивается, т. е. ?G >0، خود به خود نرو. شرط G = 0 به این معنی است که بین محصولات و واکنش دهنده ها تعادل برقرار شده است.

در دمای پایین، زمانی که مقدار تینزدیک به صفر است، فقط واکنش های گرمازا رخ می دهد، زیرا T?S- چند و G = ? اچ< 0. در دماهای بالا، مقادیر T?Sبزرگ، و، نادیده گرفتن قدر؟ H G = - T?S،به عنوان مثال، فرآیندهایی با افزایش آنتروپی به طور خود به خود رخ خواهند داد، برای کدام S> 0 و ?G< 0. При этом чем больше по абсолютной величине значение?G, тем более полно проходит данный процесс.

مقدار AG برای یک واکنش خاص را می توان با فرمول تعیین کرد:

G = ?С arr (محصولات) – ?G o b p (معرفها).

در این مورد، مقادیر G o br و همچنین؟ H arrو S o br برای تعداد زیادی از مواد در جداول ویژه آورده شده است.

4.2. سینتیک شیمیایی

سرعت یک واکنش شیمیایی(v) با تغییر غلظت مولی واکنش دهنده ها در واحد زمان تعیین می شود:

جایی که vسرعت واکنش است، s غلظت مولی معرف است، تی- زمان.

سرعت یک واکنش شیمیایی به ماهیت واکنش دهنده ها و شرایط واکنش (دما، غلظت، وجود کاتالیزور و غیره) بستگی دارد.

تاثیر تمرکز Vدر مورد واکنش‌های ساده، سرعت واکنش متناسب با حاصلضرب غلظت واکنش‌دهنده‌ها است که در توان‌هایی برابر با ضرایب استوکیومتری آنها گرفته می‌شود.

برای واکنش

که در آن 1 و 2 به ترتیب جهت واکنش های رو به جلو و عقب هستند:

v 1 \u003d k 1 [صبح؟ [B]n و

v 2 \u003d k 2 [C]p؟ [D]q

جایی که v- واکنش سرعت، کثابت سرعت است، [A] غلظت مولی ماده A است.

مولکولی واکنشتعداد مولکول هایی است که در عمل اولیه واکنش دخیل هستند. برای واکنش های ساده، به عنوان مثال: mA + nB> pC + qD،مولکولی برابر با مجموع ضرایب است (m + n).واکنش ها می توانند یک مولکولی، دو مولکولی و به ندرت سه مولکولی باشند. واکنش های مولکولی بالاتر رخ نمی دهد.

دستور واکنشبرابر است با مجموع شاخص های درجات غلظت در بیان تجربی سرعت یک واکنش شیمیایی. بنابراین، برای یک واکنش پیچیده

mA + nB > рС + qDبیان تجربی برای سرعت واکنش دارای شکل است

v 1 = k1 [آ] ؟ ? [V]؟ و ترتیب واکنش (? + ?) است. که در آن؟ و تجربی هستند و ممکن است مطابقت نداشته باشند مترو nبه ترتیب، از آنجایی که معادله یک واکنش پیچیده حاصل چندین واکنش ساده است.

اثر دما.سرعت واکنش به تعداد برخورد موثر مولکول ها بستگی دارد. افزایش دما تعداد مولکول های فعال را افزایش می دهد و به آنها برای ادامه واکنش ضروری می شود. انرژی فعال سازی E عمل می کند و سرعت یک واکنش شیمیایی را افزایش می دهد.

قانون وانت هافبا افزایش دما به میزان 10 درجه، سرعت واکنش بین 2 تا 4 افزایش می یابد. از نظر ریاضی، این به صورت زیر نوشته می شود:

v2 = v1؟ ?(t 2 - t 1) / 10

که در آن v 1 و v 2 سرعت واکنش در دمای اولیه (t 1) و نهایی (t 2) است،؟ - ضریب دمایی سرعت واکنش، که نشان می دهد با افزایش دما به میزان 10 درجه، چند برابر سرعت واکنش افزایش می یابد.

به طور دقیق تر، وابستگی سرعت واکنش به دما به صورت بیان می شود معادله آرنیوس:

k = A؟ ه - E/(RT)،

جایی که کنرخ ثابت است، آ- ثابت، مستقل از دما، e = 2.71828، Eانرژی فعال سازی است، R= 8.314 J/(K? mol) - ثابت گاز. تی- دما (K). مشاهده می شود که ثابت سرعت با افزایش دما و کاهش انرژی فعال سازی افزایش می یابد.

4.3. تعادل شیمیایی

یک سیستم در حالت تعادل است اگر وضعیت آن با گذشت زمان تغییر نکند. برابری سرعت واکنش مستقیم و معکوس شرط حفظ تعادل سیستم است.

نمونه ای از واکنش برگشت پذیر واکنش است

N 2 + 3H 2 - 2NH 3.

قانون اقدام جمعی:نسبت حاصلضرب غلظت محصولات واکنش به حاصلضرب غلظت مواد شروع کننده (همه غلظت ها با توان برابر با ضرایب استوکیومتری آنها نشان داده شده اند) ثابت است به نام ثابت تعادل

ثابت تعادل اندازه گیری پیشرفت یک واکنش مستقیم است.

K = O - بدون واکنش مستقیم؛

K =? - واکنش مستقیم به پایان می رسد.

K > 1 - تعادل به سمت راست منتقل می شود.

به< 1 - تعادل به سمت چپ منتقل می شود.

ثابت تعادل واکنش بهمربوط به تغییر انرژی استاندارد گیبس است؟G برای همان واکنش:

G= - RTلوگاریتم ک،یا ?g= -2.3RTال جی ک،یا K= 10 -0.435?G/RT

اگر K > 1، سپس lg ک> 0 و؟G< 0, т. е. если равновесие сдвинуто вправо, то реакция – переход от исходного состояния к равновесному – идет самопроизвольно.

اگر به< 1، سپس lg ک < 0 и?G >0، یعنی اگر تعادل به چپ منتقل شود، واکنش خود به خود به سمت راست نمی رود.

قانون جابجایی تعادلی:اگر تأثیر خارجی بر روی یک سیستم در حالت تعادل اعمال شود، فرآیندی در سیستم ایجاد می شود که با تأثیر خارجی مقابله می کند.

5. واکنش های ردوکس

واکنش های ردوکس- واکنش هایی که با تغییر در حالت اکسیداسیون عناصر همراه است.

اکسیداسیونفرآیند رها کردن الکترون است.

بهبودفرآیند افزودن الکترون است.

عامل اکسید کنندهاتم، مولکول یا یونی که الکترون ها را می پذیرد.

عامل کاهندهاتم، مولکول یا یونی که الکترون اهدا می کند.

عوامل اکسید کننده که الکترون ها را می پذیرند به شکل احیا می شوند:

F2 [حدود ] + 2e > 2F؟ [باقی مانده.].

عوامل کاهنده، اهداکننده الکترون، به شکل اکسید شده عبور می کنند:

Na 0 [بازیابی ] – 1e > Na + [تقریبا].

تعادل بین اشکال اکسید شده و احیا شده توسط معادلات نرنستبرای پتانسیل ردوکس:

جایی که E 0مقدار استاندارد پتانسیل ردوکس است. nتعداد الکترون های منتقل شده است. [باقی مانده. ] و [حدود ] غلظت مولی این ترکیب به ترتیب در شکل احیا و اکسید شده است.

مقادیر پتانسیل الکترود استاندارد E 0در جداول آورده شده است و خواص اکسید کننده و کاهنده ترکیبات را مشخص می کند: مقدار مثبت تر است E 0،هر چه خواص اکسید کننده قوی تر باشد و مقدار آن منفی تر باشد E 0،خواص ترمیمی قوی تر است.

مثلا برای F 2 + 2e - 2F؟ E 0 = 2.87 ولت و برای Na + + 1e - Na 0 E 0 =-2.71 ولت (فرایند همیشه برای واکنش های کاهش ثبت می شود).

واکنش ردوکس ترکیبی از دو نیمه واکنش اکسیداسیون و احیا است و با نیروی الکتروموتور (emf) مشخص می شود؟ E 0:?E 0= ?E 0 باشه – ?E 0 بازیابی، جایی که E 0 باشهو E 0 بازیابیپتانسیل استاندارد عامل اکسید کننده و عامل کاهنده برای واکنش داده شده است.

emf واکنش ها؟ E 0به تغییر انرژی آزاد گیبس?G و ثابت تعادل واکنش مربوط می شود به:

?G = –nF?E 0یا؟ E = (RT/nF)لوگاریتم ک.

emf واکنش در غلظت های غیر استاندارد؟ Eبرابر است با: ؟ E =?E 0 - (RT / nF)؟ Ig کیا؟ E =?E 0 -(0,059/n)lg ک.

در مورد تعادل؟ G \u003d 0 و E \u003d 0، کجا؟ E =(0.059/n)lg کو K = 10n?E/0.059.

برای وقوع خود به خودی واکنش، روابط زیر باید رعایت شود: ?G< 0 или ک >> 1 که شرط مطابقت دارد؟ E 0> 0. بنابراین، برای تعیین امکان واکنش ردوکس معین، باید مقدار را محاسبه کرد؟ E 0.اگر؟ E 0 > 0، واکنش روشن است. اگر؟ E 0< 0، هیچ واکنشی وجود ندارد.

منابع جریان شیمیایی

سلول های گالوانیکیدستگاه هایی که انرژی یک واکنش شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

سلول گالوانیکی دانیلشامل الکترودهای روی و مس است که به ترتیب در محلول های ZnSO 4 و CuSO 4 غوطه ور شده اند. محلول های الکترولیت از طریق یک پارتیشن متخلخل ارتباط برقرار می کنند. در همان زمان، اکسیداسیون روی الکترود روی رخ می دهد: Zn > Zn 2+ + 2e، و کاهش روی الکترود مس رخ می دهد: Cu 2+ + 2e > Cu. به طور کلی، واکنش ادامه دارد: Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu.

آند- الکترودی که در آن اکسیداسیون صورت می گیرد. کاتد- الکترودی که احیا روی آن انجام می شود. در سلول های گالوانیکی، آند دارای بار منفی و کاتد دارای بار مثبت است. در نمودارهای عنصر، فلز و محلول با یک خط عمودی و دو محلول با یک خط عمودی دوتایی از هم جدا شده اند.

بنابراین، برای واکنش Zn + CuSO 4 \u003d ZnSO 4 + Cu، مدار سلول گالوانیکی نوشته شده است: (-) Zn | ZnSO 4 || CuSO4 | مس (+).

نیروی الکتروموتور (emf) واکنش است؟ E 0 \u003d E 0 ok - E 0 بازیابی= E 0(Cu 2+ /Cu) - E 0(Zn 2+ / Zn) \u003d 0.34 - (-0.76) \u003d 1.10 V. به دلیل تلفات، ولتاژ ایجاد شده توسط عنصر کمی کمتر از؟ E 0.اگر غلظت محلول ها با محلول های استاندارد برابر با 1 mol/l متفاوت باشد، پس E 0 باشهو E 0 بازیابیبر اساس معادله نرنست محاسبه می شود و سپس emf محاسبه می شود. سلول گالوانیکی مربوطه

عنصر خشکشامل یک بدنه روی، خمیر NH 4 Cl با نشاسته یا آرد، مخلوطی از MnO 2 با گرافیت و یک الکترود گرافیت است. در جریان کار، واکنش زیر انجام می شود: Zn + 2NH 4 Cl + 2MnO 2 = Cl + 2MnOOH.

نمودار عنصر: (-) Zn | NH4Cl | MnO 2، C(+). emf عنصر - 1.5 ولت.

باتری هایک باتری سربی شامل دو صفحه سربی است که در محلول اسید سولفوریک 30 درصد غوطه ور شده و با لایه ای از PbSO 4 نامحلول پوشیده شده است. هنگامی که باتری شارژ می شود، فرآیندهای زیر روی الکترودها انجام می شود:

PbSO 4 (tv) + 2e > Pb (tv) + SO 4 2-

PbSO 4 (tv) + 2H 2 O > РbO 2 (tv) + 4H + + SO 4 2- + 2e

هنگامی که باتری تخلیه می شود، فرآیندهای زیر روی الکترودها انجام می شود:

Pb(tv) + SO 4 2-> PbSO 4 (tv) + 2e

РbO 2 (tv) + 4H + + SO 4 2- + 2e> PbSO 4 (tv) + 2Н 2 O

واکنش کلی را می توان به صورت زیر نوشت:

باتری برای کار کردن نیاز به شارژ منظم و کنترل غلظت اسید سولفوریک دارد که ممکن است در حین کار باتری کمی کاهش یابد.

6. راه حل ها

6.1. غلظت محلول

کسر جرمی یک ماده در محلول w برابر است با نسبت جرم ماده حل شونده به جرم محلول: راه حل w \u003d m in-va / mیا w = m in-va / (V ? ?)، زیرا m p-ra \u003d V p-pa؟ ?r-ra.

غلظت مولی با برابر است با نسبت تعداد مول های املاح به حجم محلول: c = n(مول)/ V(ل) یا c = m/(M? V(ل )).

غلظت مولی معادل ها (غلظت طبیعی یا معادل) با eبرابر است با نسبت تعداد معادل های حل شونده به حجم محلول: با e = n(معادل مول)/ V(ل) یا با e \u003d m / (M e؟ V (l)).

6.2. تفکیک الکترولیتی

تفکیک الکترولیتی- تجزیه الکترولیت به کاتیون ها و آنیون ها تحت تأثیر مولکول های حلال قطبی.

درجه تفکیک؟آیا نسبت غلظت مولکول های جدا شده (c diss) به غلظت کل مولکول های محلول (c vol) است: = s diss / s rev.

الکترولیت ها را می توان به دو دسته تقسیم کرد قوی(?~1) و ضعیف.

الکترولیت های قوی(برای آنها؟ ~ 1) - نمک ها و بازهای محلول در آب، و همچنین برخی از اسیدها: HNO 3، HCl، H 2 SO 4، HI، HBr، HClO 4 و دیگران.

الکترولیت های ضعیف(برای آنها؟<< 1) – Н 2 O, NH 4 OH, малорастворимые основания и соли и многие кислоты: HF, H 2 SO 3 , H 2 CO 3 , H 2 S, CH 3 COOH и другие.

معادلات واکنش یونی Vدر معادلات واکنش یونی، الکترولیت های قوی به صورت یون و الکترولیت های ضعیف، مواد و گازهای کم محلول به صورت مولکول نوشته می شوند. برای مثال:

CaCO 3 v + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ^

CaCO 3 v + 2H + + 2Cl؟ \u003d Ca 2+ + 2Cl؟ + H 2 O + CO 2 ^

CaCO 3 v + 2H + = Ca 2 + + H 2 O + CO 2 ^

واکنش های بین یون هادر جهت تشکیل ماده ای بروید که یون های کمتری می دهد، یعنی در جهت الکترولیت ضعیف تر یا ماده کمتر محلول.

6.3. تفکیک الکترولیت های ضعیف

اجازه دهید قانون عمل جرم را برای تعادل بین یون ها و مولکول ها در محلول یک الکترولیت ضعیف مانند اسید استیک اعمال کنیم:

CH 3 COOH - CH 3 COO؟ + H +

ثابت های تعادل واکنش های تفکیک نامیده می شوند ثابت های تفکیکثابت های تفکیک تفکیک الکترولیت های ضعیف را مشخص می کنند: هرچه ثابت کوچکتر باشد، الکترولیت ضعیف کمتر تجزیه می شود، ضعیف تر است.

اسیدهای پلی بازیک در مراحل زیر تجزیه می شوند:

H 3 PO 4 - H + + H 2 PO 4؟

ثابت تعادل واکنش تفکیک کل برابر است با حاصلضرب ثابت های تک تک مراحل تفکیک:

H 3 PO 4 - ZN + + PO 4 3-

قانون رقیق سازی استوالد:درجه تفکیک یک الکترولیت ضعیف (a) با کاهش غلظت آن افزایش می یابد، به عنوان مثال، با رقیق شدن:

اثر یک یون مشترک بر تفکیک الکترولیت ضعیف:افزودن یک یون مشترک باعث کاهش تفکیک یک الکترولیت ضعیف می شود. بنابراین، هنگام اضافه کردن یک محلول الکترولیت ضعیف CH 3 COOH

CH 3 COOH - CH 3 COO؟ + H + ?<< 1

یک الکترولیت قوی حاوی یک یون مشترک با CH 3 COOH، به عنوان مثال یک یون استات، به عنوان مثال CH 3 COONa

CH 3 COONa - CH 3 COO؟ +نه+؟ = 1

غلظت یون استات افزایش می یابد و تعادل تفکیک CH 3 COOH به سمت چپ تغییر می کند، یعنی تفکیک اسید کاهش می یابد.

6.4. تفکیک الکترولیت های قوی

فعالیت یونی آ غلظت یک یون است که در خواص آن ظاهر می شود.

عامل فعالیتfنسبت فعالیت یونی است آتمرکز کردن با: f= a/cیا آ = f.c.

اگر f = 1 باشد، یونها آزاد هستند و با یکدیگر برهمکنش ندارند. این در محلول های بسیار رقیق، در محلول های الکترولیت های ضعیف و غیره رخ می دهد.

اگر f< 1, то ионы взаимодействуют между собой. Чем меньше f, тем больше взаимодействие между ионами.

ضریب فعالیت به قدرت یونی محلول I بستگی دارد: هر چه قدرت یونی بیشتر باشد، ضریب فعالیت کمتر است.

قدرت یونی محلول من بستگی به هزینه ها دارد z و غلظت یونها:

من = 0.52?s z2.

ضریب فعالیت به بار یون بستگی دارد: هر چه بار یون بیشتر باشد، ضریب فعالیت کمتر است. از نظر ریاضی، وابستگی ضریب فعالیت fاز قدرت یونی منو شارژ یونی zبا استفاده از فرمول Debye-Hückel نوشته شده است:

ضرایب فعالیت یونی را می توان با استفاده از جدول زیر تعیین کرد:

6.5 محصول یونی آب. نشانگر هیدروژن

آب، یک الکترولیت ضعیف، تجزیه می شود و یون های H+ و OH؟ را تشکیل می دهد. این یون ها هیدراته هستند، یعنی به چندین مولکول آب متصل هستند، اما برای سادگی به شکل غیر هیدراته نوشته شده اند.

H 2 O - H + + OH؟.

بر اساس قانون عمل جرم، برای این تعادل:

غلظت مولکول های آب [H 2 O]، یعنی تعداد مول ها در 1 لیتر آب را می توان ثابت و برابر با [H 2 O] = 1000 گرم در لیتر در نظر گرفت: 18 گرم در مول = 55.6 مول / l. از اینجا:

به[H 2 O] = به(H 2 O ) = [H + ] = 10 -14 (22 درجه سانتیگراد).

محصول یونی آب– حاصل ضرب غلظت [H + ] و – مقداری ثابت در دمای ثابت و برابر با 10-14 در دمای 22 درجه سانتی گراد است.

محصول یونی آب با افزایش دما افزایش می یابد.

مقدار pHلگاریتم منفی غلظت یون های هیدروژن است: pH = – lg. به طور مشابه: pOH = – lg.

لگاریتم حاصلضرب یونی آب به دست می آید: pH + pOH = 14.

مقدار pH واکنش محیط را مشخص می کند.

اگر pH = 7، آنگاه [H + ] = یک محیط خنثی است.

اگر PH< 7, то [Н + ] >- محیط اسیدی

اگر pH > 7 باشد، [H + ]< – щелочная среда.

6.6. محلول های بافر

محلول های بافر محلول هایی هستند که دارای غلظت معینی از یون های هیدروژن هستند. PH این محلول ها در صورت رقیق شدن تغییر نمی کند و با افزودن مقادیر کمی اسید و قلیا کمی تغییر می کند.

I. محلولی از اسید ضعیف HA، غلظت - از اسید، و نمک های آن با پایه قوی BA، غلظت - از نمک. به عنوان مثال، بافر استات محلولی از اسید استیک و استات سدیم است: CH 3 COOH + CHgCOONa.

pH \u003d pK اسیدی + lg (نمک / ثانیه اسیدی).

II. محلولی از یک باز ضعیف BOH، غلظت - با بازی، و نمک های آن با اسید قوی BA، غلظت - با نمک. به عنوان مثال، بافر آمونیاک محلولی از هیدروکسید آمونیوم و کلرید آمونیوم NH 4 OH + NH 4 Cl است.

pH = 14 - рК اساسی - lg (از نمک / از پایه).

6.7. هیدرولیز نمک

هیدرولیز نمک- برهمکنش یون های نمک با آب با تشکیل یک الکترولیت ضعیف.

نمونه هایی از معادلات واکنش هیدرولیز.

I. نمک توسط یک باز قوی و یک اسید ضعیف تشکیل می شود:

Na 2 CO 3 + H 2 O - NaHCO 3 + NaOH

2Na + + CO 3 2- + H 2 O - 2Na + + HCO 3؟ +اوه؟

CO 3 2- + H 2 O - HCO 3؟ + OH؟، pH > 7، قلیایی.

در مرحله دوم، هیدرولیز عملا رخ نمی دهد.

II. نمک از یک باز ضعیف و یک اسید قوی تشکیل می شود:

AlCl 3 + H 2 O - (AlOH)Cl 2 + HCl

Al 3 + + 3Cl؟ + H 2 O - AlOH 2 + + 2Cl؟ + H + + Cl؟

Al 3 + H 2 O - AlOH 2 + + H +، pH< 7.

در مرحله دوم هیدرولیز کمتر اتفاق می افتد و در مرحله سوم عملاً انجام نمی شود.

III. نمک توسط یک باز قوی و یک اسید قوی تشکیل می شود:

K + + NO 3 ? + H 2 O؟ بدون هیدرولیز، pH 7.

IV. نمک از یک باز ضعیف و یک اسید ضعیف تشکیل می شود:

CH 3 COONH 4 + H 2 O - CH 3 COOH + NH 4 OH

CH 3 COO؟ + NH 4 + + H 2 O - CH 3 COOH + NH 4 OH، pH = 7.

در برخی موارد که نمک توسط بازها و اسیدهای بسیار ضعیف تشکیل می شود، هیدرولیز کامل اتفاق می افتد. در جدول حلالیت چنین نمک هایی، نماد "تجزیه شده توسط آب" است:

Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 v + 3H 2 S ^

امکان هیدرولیز کامل باید در واکنش های مبادله ای در نظر گرفته شود:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 v + 3Na 2 SO 4 + 3CO 2 ^

درجه هیدرولیزساعت نسبت غلظت مولکول های هیدرولیز شده به غلظت کل مولکول های محلول است.

برای نمک های تشکیل شده توسط یک باز قوی و یک اسید ضعیف:

= ch pOH = -lg، pH = 14 - pOH.

از این بیان بر می آید که درجه هیدرولیز ساعت(یعنی هیدرولیز) افزایش می یابد:

الف) با افزایش دما، زیرا K(H2O) افزایش می یابد.

ب) با کاهش تفکیک اسیدی که نمک را تشکیل می دهد: هر چه اسید ضعیف تر باشد، هیدرولیز بیشتر است.

ج) با رقت: هر چه c کمتر باشد، هیدرولیز بیشتر است.

برای نمک های تشکیل شده از یک باز ضعیف و یک اسید قوی

[H + ] = ch pH = – lg.

برای نمک های تشکیل شده توسط یک باز ضعیف و یک اسید ضعیف

6.8. نظریه پروتولیتیک اسیدها و بازها

پروتولیزفرآیند انتقال پروتون است.

پروتولیت هااسیدها و بازهایی که پروتون اهدا و پذیرش می کنند.

اسیدمولکول یا یونی که قادر به اهدای پروتون است. هر اسید باز مزدوج خود را دارد. قدرت اسیدها با ثابت اسید مشخص می شود به ک.

H 2 CO 3 + H 2 O - H 3 O + + HCO 3؟

K k = 4 ? 10 -7

3+ + H 2 O - 2 + + H 3 O +

K k = 9 ? 10 -6

پایهمولکول یا یونی که می تواند پروتون را بپذیرد. هر باز دارای اسید مزدوج خود است. استحکام پایه ها با ثابت پایه مشخص می شود K 0 .

NH3 H 2 O (H 2 O) - NH 4 + + OH؟

K 0 = 1,8 ?10 -5

آمفولیت ها- پیش سنگ هایی که قابلیت پس زدن و اتصال پروتون را دارند.

HCO3 + H 2 O - H 3 O + + CO 3 2-

HCO3 - اسید.

HCO3 + H 2 O - H 2 CO 3 + OH؟

HCO3 - پایه.

برای آب: H 2 O + H 2 O - H 3 O + + OH؟

K (H 2 O) \u003d [H 3 O +] \u003d 10 -14 و pH \u003d - lg.

ثابت ها K بهو K 0زیرا اسیدها و بازهای مزدوج به هم مرتبط هستند.

روشن + H 2 O - H 3 O + + A ?،

آ؟ + H 2 O - ON + OH؟،

7. ثابت حلالیت. انحلال پذیری

در یک سیستم متشکل از یک محلول و یک رسوب، دو فرآیند اتفاق می افتد - انحلال رسوب و رسوب. برابری نرخ این دو فرآیند شرط تعادل است.

محلول اشباع شدهمحلولی که با رسوب در تعادل است.

قانون عمل جرم که برای تعادل بین رسوب و محلول اعمال می شود به دست می دهد:

از آنجا که = ثابت،

به = Ks (AgCl) = .

به طور کلی داریم:

آ مترب n(تلویزیون) - مترآ +n+nب -m

K s (آ مترب ن)= [A +n ] متر[V -m ] n .

ثابت حلالیتKs(یا محصول حلالیت PR) - محصول غلظت یون در محلول اشباع یک الکترولیت کم محلول - یک مقدار ثابت است و فقط به دما بستگی دارد.

حلالیت یک ماده نامحلول س را می توان بر حسب مول در لیتر بیان کرد. بسته به اندازه سمواد را می توان به مواد کم محلول تقسیم کرد< 10 -4 моль/л, среднерастворимые – 10 -4 моль/л? س? 10-2 mol/l و بسیار محلول است س> 10-2 مول در لیتر.

حلالیت ترکیبات به محصول حلالیت آنها مربوط می شود.

شرایط بارش و انحلال

در مورد AgCl: AgCl - Ag + + Cl؟

Ks= :

الف) شرایط تعادل بین رسوب و محلول: = K s

ب) شرایط ته نشینی: > K s ;در طول بارش، غلظت یون کاهش می یابد تا زمانی که تعادل برقرار شود.

ج) شرط حل شدن رسوب یا وجود محلول اشباع:< K s ;در طول انحلال رسوب، غلظت یون ها افزایش می یابد تا زمانی که تعادل برقرار شود.

8. ترکیبات هماهنگی

ترکیبات هماهنگ (مختلط) ترکیباتی با پیوند دهنده-گیرنده هستند.

برای K3:

یون های کره بیرونی - 3K +،

یون کره داخلی - 3-،

عامل کمپلکس - Fe 3+،

لیگاندها - 6CN؟، چگالی آنها - 1،

شماره هماهنگی - 6.

نمونه هایی از عوامل کمپلکس کننده: Ag +، Cu 2+، Hg 2+، Zn 2+، Ni 2+، Fe 3+، Pt 4+ و غیره.

نمونه هایی از لیگاندها: مولکول های قطبی H 2 O، NH 3، CO و آنیون های CN?، Cl?، OH? و غیره.

شماره های هماهنگی: معمولاً 4 یا 6، به ندرت 2، 3 و غیره.

نامگذاری.آنیون ابتدا (در حالت اسمی) و سپس کاتیون (در حالت جنسی) نامگذاری می شود. نام برخی لیگاندها: NH 3 - آمین، H 2 O - aqua، CN؟ - سیانو، کلر؟ - کلرو، اوه؟ - هیدروکسو نام شماره های هماهنگی: 2 - دی، 3 - سه، 4 - تترا، 5 - پنتا، 6 - هگزا. درجه اکسیداسیون عامل کمپلکس کننده را نشان دهید:

کلر دی آمین نقره (I) کلرید است.

SO 4 - سولفات تترامین مس (II).

K 3 هگزاسیانوفرات پتاسیم (III) است.

شیمیاییارتباط.

نظریه پیوندهای ظرفیت هیبریداسیون اوربیتال های اتم مرکزی را فرض می کند. محل اوربیتال های هیبریدی حاصل، هندسه مجتمع ها را تعیین می کند.

یون کمپلکس دیامغناطیس Fe(CN) 6 4- .

یون سیانید - دهنده

یون آهن Fe 2+ - پذیرنده - دارای فرمول است 3d 6 4s 0 4p 0. با در نظر گرفتن دیامغناطیس کمپلکس (همه الکترون ها جفت هستند) و عدد هماهنگی (6 اوربیتال آزاد مورد نیاز است) داریم. d2sp3- هیبریداسیون:

این مجموعه دیامغناطیسی، اسپین پایین، درون مداری، پایدار (بدون استفاده از الکترون خارجی)، هشت وجهی ( d2sp3-هیبریداسیون).

یون کمپلکس پارامغناطیس FeF 6 3- .

یون فلوراید یک اهداکننده است.

یون آهن Fe 3+ - پذیرنده - دارای فرمول است 3d 5 4s 0 4p 0 .با در نظر گرفتن پارامغناطیس کمپلکس (الکترون ها بخار می شوند) و عدد هماهنگی (6 اوربیتال آزاد مورد نیاز است) داریم. sp 3 d 2- هیبریداسیون:

این مجموعه پارامغناطیس، چرخش بالا، مدار بیرونی، ناپایدار (از اوربیتال های 4 بعدی بیرونی استفاده می شود)، هشت وجهی ( sp 3 d 2-هیبریداسیون).

تفکیک ترکیبات هماهنگی.

ترکیبات هماهنگ کننده در محلول به طور کامل به یون های کره داخلی و خارجی تجزیه می شوند.

NO 3 > Ag(NH 3) 2 + + NO 3 ?, ? = 1.

یون‌های کره داخلی، یعنی یون‌های کمپلکس، طی مراحلی به یون‌های فلزی و لیگاندها، مانند الکترولیت‌های ضعیف، تجزیه می‌شوند.

جایی که ک 1 , به 2 ، به 1 _ 2 ثابت ناپایداری نامیده می شوندو تفکیک کمپلکس ها را مشخص کنید: هرچه ثابت ناپایداری کوچکتر باشد، تفکیک کمپلکس کمتر، پایدارتر است.

خوب، برای تکمیل آشنایی ما با الکل ها، من فرمول دیگری از یک ماده شناخته شده دیگر - کلسترول را ارائه می دهم. همه نمی دانند که این یک الکل تک هیدریک است!

|`/`\\`|<`|w>`\`/|<`/w$color(red)HO$color()>\/`|0/`|/\<`|w>|_q_q_q<-dH>:a_q|0<|dH>`/<`|wH>`\|dH; #a_(A-72)<_(A-120,d+)>-/-/<->`\

گروه هیدروکسیل را با رنگ قرمز مشخص کردم.

اسیدهای کربوکسیلیک

هر شراب ساز می داند که شراب باید دور از هوا نگه داشته شود. در غیر این صورت ترش می شود. اما شیمیدان ها دلیل آن را می دانند - اگر یک اتم اکسیژن بیشتر به الکل اضافه کنید، اسید دریافت می کنید.
بیایید به فرمول اسیدهایی که از الکل هایی که قبلاً برای ما آشنا هستند به دست می آیند نگاه کنیم:

ماده			فرمول اسکلتی	فرمول ناخالص
اسید متانوئیک (اسید فرمیک)	H/C`|O|\OH	HCOOH	O//\OH
اسید اتانوئیک (استیک اسید)	H-C-C\O-H; H|#C|H	CH3-COOH	/`|O|\OH
اسید پروپانیک (متیل استیک اسید)	H-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H	CH3-CH2-COOH	\/`|O|\OH
اسید بوتانوئیک (اسید بوتیریک)	H-C-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H	CH3-CH2-CH2-COOH	/\/`|O|\OH
فرمول تعمیم یافته	(R)-C\O-H	(R)-COOH یا (R)-CO2H	(R)/`|O|\OH

یکی از ویژگی های متمایز اسیدهای آلی وجود یک گروه کربوکسیل (COOH) است که به چنین مواد خاصیت اسیدی می دهد.

همه کسانی که سرکه را امتحان کرده اند می دانند که بسیار ترش است. دلیل این امر وجود اسید استیک در آن است. به طور معمول، سرکه سفره حاوی 3 تا 15 درصد اسید استیک و بقیه (بیشتر) آب است. خوردن اسید استیک رقیق نشده تهدید کننده زندگی است.

اسیدهای کربوکسیلیک ممکن است دارای چندین گروه کربوکسیل باشند. در این مورد به آنها می گویند: دو پایه, سه جانبهو غیره...

محصولات غذایی حاوی بسیاری از اسیدهای آلی دیگر هستند. اینجا تنها تعداد کمی از آنها هستند:

نام این اسیدها مربوط به آن دسته از محصولات غذایی است که در آنها وجود دارد. به هر حال، توجه داشته باشید که در اینجا اسیدهایی وجود دارد که دارای گروه هیدروکسیل مشخصه الکل ها هستند. چنین موادی نامیده می شوند اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیک(یا اسیدهای هیدروکسی).
در زیر هر یک از اسیدها با مشخص کردن نام گروهی از مواد آلی که به آن تعلق دارد، امضا شده است.

رادیکال ها

رادیکال ها مفهوم دیگری است که بر فرمول های شیمیایی تأثیر گذاشته است. خود این کلمه احتمالاً برای همه شناخته شده است، اما در شیمی، رادیکال ها هیچ ربطی به سیاستمداران، شورشیان و سایر شهروندان با موقعیت فعال ندارند.
در اینجا آنها فقط قطعاتی از مولکول ها هستند. و اکنون متوجه خواهیم شد که ویژگی آنها چیست و با روش جدیدی برای نوشتن فرمول های شیمیایی آشنا می شویم.

در بالا در متن، فرمول های تعمیم یافته قبلاً چندین بار ذکر شده است: الکل ها - (R) -OH و اسیدهای کربوکسیلیک - (R) -COOH. اجازه دهید به شما یادآوری کنم که -OH و -COOH گروه های عملکردی هستند. اما R رادیکال است. جای تعجب نیست که به شکل حرف R به تصویر کشیده شده است.

به طور خاص، یک رادیکال یک ظرفیتی بخشی از یک مولکول بدون یک اتم هیدروژن است. خوب، اگر دو اتم هیدروژن را بردارید، یک رادیکال دو ظرفیتی دریافت می کنید.

رادیکال ها در شیمی نام های خاص خود را دارند. برخی از آنها حتی عناوین لاتین دریافت کردند، شبیه به نام عناصر. و علاوه بر این، گاهی اوقات رادیکال ها در فرمول ها را می توان به صورت مختصر نشان داد که بیشتر یادآور فرمول های ناخالص است.
همه اینها در جدول زیر نشان داده شده است.

نام	فرمول ساختاری	تعیین	فرمول کوتاه	مثال الکل
متیل	CH3-()	من	CH3	(من) -اوه	CH3OH
اتیل	CH3-CH2-()	و همکاران	C2H5	(Et) -OH	C2H5OH
پروپیل	CH3-CH2-CH2-()	Pr	C3H7	(Pr)-OH	C3H7OH
ایزوپروپیل	H3C\CH(*`/H3C*)-()	i-Pr	C3H7	(i-Pr)-OH	(CH3)2CHOH
فنیل	`/`=`\//-\\-{}	Ph	C6H5	(Ph)-OH	C6H5OH

فکر می کنم اینجا همه چیز روشن است. فقط می خواهم توجه شما را به ستونی که نمونه هایی از الکل ها را آورده است جلب کنم. برخی از رادیکال‌ها به شکلی نوشته می‌شوند که شبیه یک فرمول تجربی است، اما گروه عملکردی جداگانه نوشته می‌شود. به عنوان مثال، CH3-CH2-OH به C2H5OH تبدیل می شود.
و برای زنجیره های منشعب مانند ایزوپروپیل از سازه های با براکت استفاده می شود.

پدیده دیگری نیز وجود دارد رادیکال های آزاد. اینها رادیکال هایی هستند که به دلایلی از گروه های عملکردی جدا شده اند. در این مورد، یکی از قوانینی که ما مطالعه فرمول ها را با آن شروع کردیم نقض می شود: تعداد پیوندهای شیمیایی دیگر با ظرفیت یکی از اتم ها مطابقت ندارد. خوب، یا می توانید بگویید که یکی از لینک ها از یک طرف باز می شود. معمولاً رادیکال‌های آزاد برای مدت کوتاهی زندگی می‌کنند، زیرا مولکول‌ها تمایل دارند به حالت پایدار برگردند.

مقدمه ای بر نیتروژن آمین ها

من پیشنهاد می کنم با عنصر دیگری که بخشی از بسیاری از ترکیبات آلی است آشنا شوید. این نیتروژن.
با حرف لاتین مشخص می شود نو دارای ظرفیت سه است.

بیایید ببینیم اگر نیتروژن به هیدروکربن های آشنا اضافه شود چه موادی به دست می آید:

ماده	فرمول ساختاری توسعه یافته	فرمول ساختاری ساده شده	فرمول اسکلتی	فرمول ناخالص
آمینو متان (متیل آمین)	H-C-N\H;H|#C|H	CH3-NH2	\NH2
آمینو اتان (اتیلامین)	H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H	CH3-CH2-NH2	/\NH2
دی متیل آمین	H-C-N<`|H>-C-H; H|#-3|H; H|#2|H	$L(1.3)H/N<_(A80,w+)CH3>\dCH3	/ن<_(y-.5)H>\
آمینو بنزن (آنیلین)	H\N|C\\C|C<\H>`//C<|H>`\C<`/H>`||سی<`\H>/	NH2|C\\CH|CH`//C<_(y.5)H>`\HC`||HC/	NH2|\|`/`\`|/_o
تری اتیلامین	$slope(45)H-C-C/N\C-C-H;H|#2|H; H|#3|H; H|#5|H;H|#6|H; #N`|C<`-H><-H>`|C<`-H><-H>`|H	CH3-CH2-N<`|CH2-CH3>-CH2-CH3	\/N<`|/>\|

همانطور که احتمالاً از نام ها حدس زده اید، همه این مواد تحت نام رایج ترکیب می شوند آمین ها. گروه عاملی ()-NH2 نامیده می شود گروه آمینو. در اینجا چند فرمول کلی برای آمین ها وجود دارد:

به طور کلی، هیچ نوآوری خاصی در اینجا وجود ندارد. اگر این فرمول ها برای شما واضح است، می توانید با خیال راحت با استفاده از برخی کتاب های درسی یا اینترنت به مطالعه بیشتر شیمی آلی بپردازید.
اما من می خواهم بیشتر در مورد فرمول ها در شیمی معدنی صحبت کنم. متوجه خواهید شد که درک آنها پس از مطالعه ساختار مولکول های آلی چقدر آسان خواهد بود.

فرمول های منطقی

نباید نتیجه گرفت که شیمی معدنی ساده تر از شیمی آلی است. البته، مولکول‌های معدنی بسیار ساده‌تر به نظر می‌رسند، زیرا ساختارهای پیچیده‌ای را که هیدروکربن‌ها انجام می‌دهند، تشکیل نمی‌دهند. اما از سوی دیگر، باید بیش از صد عنصر تشکیل دهنده جدول تناوبی را مطالعه کرد. و این عناصر با توجه به خواص شیمیایی خود تمایل به ترکیب دارند، اما با استثناهای متعدد.

بنابراین، من هیچ یک از این ها را نمی گویم. موضوع مقاله من فرمول های شیمیایی است. و با آنها، همه چیز نسبتا ساده است.
بیشترین استفاده در شیمی معدنی عبارتند از فرمول های منطقی. و اکنون متوجه خواهیم شد که چگونه آنها با کسانی که قبلاً برای ما آشنا هستند تفاوت دارند.

ابتدا بیایید با عنصر دیگری - کلسیم - آشنا شویم. این نیز یک مورد بسیار رایج است.
تعیین شده است حدودو دارای ظرفیت دو است. بیایید ببینیم که چه ترکیباتی با کربن، اکسیژن و هیدروژن شناخته شده برای ما تشکیل می دهد.

ماده	فرمول ساختاری	فرمول منطقی	فرمول ناخالص
اکسید کلسیم	Ca=O	CaO
کلسیم هیدروکسید	H-O-Ca-O-H	Ca(OH)2
کربنات کلسیم	$slope(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1	CaCO3
بی کربنات کلسیم	HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH	Ca(HCO3)2
اسید کربنیک	H|O\C|O`|/O`|H	H2CO3

در نگاه اول، می توان دریافت که فرمول عقلانی چیزی بین فرمول ساختاری و ناخالص است. اما تا کنون خیلی مشخص نیست که چگونه به دست می آیند. برای درک معنای این فرمول ها، باید واکنش های شیمیایی که مواد در آن شرکت می کنند را در نظر بگیرید.

کلسیم در خالص ترین شکل آن فلزی سفید نرم است. در طبیعت رخ نمی دهد. اما خرید آن در فروشگاه مواد شیمیایی کاملاً امکان پذیر است. معمولاً در کوزه های مخصوص بدون دسترسی به هوا نگهداری می شود. زیرا با اکسیژن هوا واکنش نشان می دهد. در واقع به همین دلیل است که در طبیعت رخ نمی دهد.
بنابراین، واکنش کلسیم با اکسیژن:

2Ca + O2 -> 2CaO

عدد 2 قبل از فرمول یک ماده به این معنی است که 2 مولکول در واکنش شرکت دارند.
اکسید کلسیم از کلسیم و اکسیژن تشکیل می شود. این ماده در طبیعت نیز وجود ندارد زیرا با آب واکنش می دهد:

CaO + H2O -> Ca(OH2)

معلوم می شود که هیدروکسید کلسیم است. اگر به فرمول ساختاری آن (در جدول قبلی) دقت کنید، می بینید که از یک اتم کلسیم و دو گروه هیدروکسیل تشکیل شده است که قبلاً با آنها آشنا هستیم.
اینها قوانین شیمی هستند: اگر یک گروه هیدروکسیل به یک ماده آلی متصل شود، الکل به دست می آید و اگر به یک فلز، پس از آن هیدروکسید.

اما هیدروکسید کلسیم در طبیعت به دلیل وجود دی اکسید کربن در هوا یافت نمی شود. من فکر می کنم که همه در مورد این گاز شنیده اند. در هنگام تنفس انسان ها و حیوانات، احتراق زغال سنگ و فرآورده های نفتی، در هنگام آتش سوزی و فوران های آتشفشانی تشکیل می شود. بنابراین، همیشه در هوا وجود دارد. اما همچنین به خوبی در آب حل می شود و اسید کربنیک تشکیل می دهد:

CO2 + H2O<=>H2CO3

امضا کردن<=>نشان می دهد که واکنش می تواند در هر دو جهت در شرایط یکسان ادامه یابد.

بنابراین، هیدروکسید کلسیم محلول در آب با اسید کربنیک واکنش داده و به کربنات کلسیم کم محلول تبدیل می شود:

Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O

فلش رو به پایین به این معنی است که ماده در نتیجه واکنش رسوب می کند.
پس از تماس بیشتر کربنات کلسیم با دی اکسید کربن در حضور آب، یک واکنش برگشت پذیر رخ می دهد تا نمک اسیدی - بی کربنات کلسیم را تشکیل دهد که بسیار محلول در آب است.

CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2

این فرآیند بر سختی آب تأثیر می گذارد. با افزایش دما، بی کربنات دوباره به کربنات تبدیل می شود. بنابراین در مناطقی با آب سخت، رسوب در کتری ها تشکیل می شود.

گچ، سنگ آهک، مرمر، توف و بسیاری از مواد معدنی دیگر عمدتاً از کربنات کلسیم تشکیل شده اند. همچنین در مرجان ها، صدف نرم تنان، استخوان حیوانات و غیره یافت می شود.
اما اگر کربنات کلسیم روی حرارت بسیار زیاد گرم شود به اکسید کلسیم و دی اکسید کربن تبدیل می شود.

این داستان کوتاه در مورد چرخه کلسیم در طبیعت باید توضیح دهد که چرا به فرمول های منطقی نیاز است. بنابراین فرمول های منطقی به گونه ای نوشته می شوند که گروه های تابعی قابل مشاهده باشند. در مورد ما، این است:

علاوه بر این، عناصر منفرد - Ca، H، O (در اکسیدها) - نیز گروه های مستقل هستند.

یون ها

فکر می کنم وقت آن رسیده که با یون ها آشنا شویم. این کلمه احتمالا برای همه آشناست. و پس از مطالعه گروه های عملکردی، برای ما هزینه ای ندارد که بفهمیم این یون ها چیست.

به طور کلی، ماهیت پیوندهای شیمیایی معمولاً این است که برخی از عناصر الکترون اهدا می کنند و برخی دیگر آنها را دریافت می کنند. الکترون ها ذرات با بار منفی هستند. عنصری با مجموعه کامل الکترون ها دارای بار صفر است. اگر یک الکترون بدهد، بار آن مثبت می شود و اگر آن را بپذیرد، منفی می شود. به عنوان مثال، هیدروژن تنها یک الکترون دارد که به راحتی آن را رها می کند و به یون مثبت تبدیل می شود. برای این، یک رکورد ویژه در فرمول های شیمیایی وجود دارد:

H2O<=>H^+ + OH^-

در اینجا ما می بینیم که در نتیجه تفکیک الکترولیتیآب به یک یون هیدروژن با بار مثبت و یک گروه OH با بار منفی تجزیه می شود. یون OH^- نامیده می شود یون هیدروکسید. نباید با گروه هیدروکسیل که یک یون نیست، بلکه بخشی از یک مولکول است اشتباه گرفته شود. علامت + یا - در گوشه سمت راست بالا، بار یون را نشان می دهد.
اما اسید کربنیک هرگز به عنوان یک ماده مستقل وجود ندارد. در واقع مخلوطی از یون های هیدروژن و یون های کربنات (یا یون های بی کربنات) است:

H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-

یون کربنات دارای بار 2- است. یعنی دو الکترون به آن پیوسته اند.

یون های دارای بار منفی نامیده می شوند آنیون ها. معمولاً اینها شامل بقایای اسیدی هستند.
یون های دارای بار مثبت کاتیون ها. اغلب هیدروژن و فلزات است.

و در اینجا احتمالاً می توانید معنای فرمول های منطقی را کاملاً درک کنید. ابتدا کاتیون در آنها نوشته می شود و سپس آنیون. حتی اگر فرمول حاوی هیچ اتهامی نباشد.

احتمالاً قبلاً حدس می‌زنید که یون‌ها را نه تنها با فرمول‌های منطقی می‌توان توصیف کرد. فرمول اسکلتی آنیون بی کربنات در اینجا آمده است:

در اینجا، بار مستقیماً در کنار اتم اکسیژن نشان داده می شود که یک الکترون اضافی دریافت کرد و بنابراین یک خط را از دست داد. به بیان ساده، هر الکترون اضافی تعداد پیوندهای شیمیایی نشان داده شده در فرمول ساختاری را کاهش می دهد. از طرف دیگر، اگر برخی از گره‌های فرمول ساختاری علامت + داشته باشند، یک گره اضافی دارد. مثل همیشه، این واقعیت باید با یک مثال نشان داده شود. اما در میان موادی که برای ما آشنا هستند، هیچ کاتیونی وجود ندارد که از چندین اتم تشکیل شده باشد.
و چنین ماده ای آمونیاک است. محلول آبی آن اغلب نامیده می شود آمونیاکو بخشی از هر کیت کمک های اولیه است. آمونیاک ترکیبی از هیدروژن و نیتروژن است و دارای فرمول منطقی NH3 است. واکنش شیمیایی را در نظر بگیرید که وقتی آمونیاک در آب حل می شود:

NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-

همان، اما با استفاده از فرمول های ساختاری:

H|N<`/H>\H + H-O-H<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H

در سمت راست دو یون را می بینیم. آنها در نتیجه این واقعیت تشکیل شدند که یک اتم هیدروژن از یک مولکول آب به یک مولکول آمونیاک حرکت کرد. اما این اتم بدون الکترون خود حرکت کرد. آنیون قبلاً برای ما آشناست - این یون هیدروکسید است. و کاتیون نامیده می شود آمونیوم. خواصی مشابه فلزات از خود نشان می دهد. به عنوان مثال، می تواند با یک باقی مانده اسید ترکیب شود. ماده ای که از ترکیب آمونیوم با آنیون کربنات ایجاد می شود کربنات آمونیوم نامیده می شود: (NH4)2CO3.
در اینجا معادله واکنش برای برهمکنش آمونیوم با یک آنیون کربنات است که به شکل فرمول های ساختاری نوشته شده است:

2H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H + O^-\C|O`|/O^-<=>H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H`|0O^-\C|O`|/O^-|0H_(A-15,d-)N^+<_(A105,w+)H><\H>`|H

اما در این شکل، معادله واکنش برای اهداف نمایش داده شده است. معمولاً معادلات از فرمول های منطقی استفاده می کنند:

2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3

سیستم تپه

بنابراین، می‌توان فرض کرد که فرمول‌های ساختاری و عقلایی را قبلاً مطالعه کرده‌ایم. اما موضوع دیگری وجود دارد که ارزش بررسی دقیق تر را دارد. تفاوت بین فرمول های ناخالص و منطقی چیست؟
ما می دانیم که چرا فرمول منطقی اسید کربنیک H2CO3 نوشته شده است و غیر از آن نیست. (در ابتدا دو کاتیون هیدروژن و سپس آنیون کربنات قرار می گیرند.) اما چرا فرمول ناخالص به صورت CH2O3 نوشته می شود؟

در اصل، فرمول منطقی اسید کربنیک به خوبی ممکن است یک فرمول واقعی در نظر گرفته شود، زیرا هیچ عنصر تکراری در آن وجود ندارد. برخلاف NH4OH یا Ca(OH)2.
اما یک قانون اضافی اغلب برای فرمول های ناخالص اعمال می شود که ترتیب عناصر را تعیین می کند. قانون بسیار ساده است: ابتدا کربن، سپس هیدروژن و سپس بقیه عناصر را به ترتیب حروف الفبا قرار دهید.
بنابراین CH2O3 خارج می شود - کربن، هیدروژن، اکسیژن. به این سیستم هیل گفته می شود. تقریباً در تمام کتاب های مرجع شیمی استفاده می شود. و در این مقاله نیز.

کمی در مورد سیستم easyChem

به جای نتیجه گیری، می خواهم در مورد سیستم easyChem صحبت کنم. این به گونه ای طراحی شده است که تمام فرمول هایی را که در اینجا مورد بحث قرار دادیم می توانند به راحتی در متن وارد شوند. در واقع تمام فرمول های این مقاله با استفاده از easyChem ترسیم شده اند.

چرا به هر سیستمی برای استخراج فرمول ها نیاز داریم؟ نکته این است که روش استاندارد نمایش اطلاعات در مرورگرهای اینترنتی، زبان نشانه گذاری فرامتن (HTML) است. بر روی پردازش متن متمرکز شده است.

فرمول های منطقی و درشت را می توان با کمک متن به تصویر کشید. حتی برخی از فرمول های ساده شده ساختاری را نیز می توان در متن نوشت، به عنوان مثال الکل CH3-CH2-OH. اگرچه برای این کار باید از این نماد در HTML استفاده کنید: CH ₃-CH ₂-اوه
این البته مشکلاتی را ایجاد می کند، اما می توانید آنها را تحمل کنید. اما چگونه می توان فرمول ساختاری را نشان داد؟ در اصل، می توان از فونت monospaced استفاده کرد:

H H | | H-C-C-O-H | | H H مطمئناً خیلی زیبا به نظر نمی رسد، اما امکان پذیر است.

مشکل واقعی هنگام تلاش برای نشان دادن حلقه های بنزن و هنگام استفاده از فرمول های اسکلتی به وجود می آید. راهی جز اتصال بیت مپ وجود ندارد. رسترها در فایل های جداگانه ذخیره می شوند. مرورگرها می توانند شامل تصاویر gif، png یا jpeg باشند.
برای ایجاد چنین فایل هایی به یک ویرایشگر گرافیکی نیاز است. مثلا فتوشاپ. اما من بیش از 10 سال است که با فتوشاپ آشنا هستم و به یقین می توانم بگویم که برای به تصویر کشیدن فرمول های شیمیایی بسیار مناسب نیست.
ویرایشگرهای مولکولی در این کار بسیار بهتر هستند. اما با تعداد زیادی فرمول که هر کدام در یک فایل جداگانه ذخیره می شوند، به راحتی می توان در آنها اشتباه گرفت.
به عنوان مثال تعداد فرمول های این مقاله برابر است با . آنها در قالب تصاویر گرافیکی (بقیه با استفاده از ابزارهای HTML) نمایش داده می شوند.

easyChem به شما امکان می دهد تمام فرمول ها را مستقیماً در یک سند HTML به صورت متن ذخیره کنید. به نظر من خیلی راحته
علاوه بر این، فرمول های ناخالص در این مقاله به صورت خودکار محاسبه می شوند. زیرا easyChem در دو مرحله کار می کند: ابتدا توضیحات متنی به یک ساختار اطلاعاتی (گراف) تبدیل می شود و سپس می توان اقدامات مختلفی را با این ساختار انجام داد. در میان آنها می توان به توابع زیر اشاره کرد: محاسبه وزن مولکولی، تبدیل به فرمول ناخالص، بررسی امکان خروجی به عنوان متن، گرافیک و رندر متن.

بنابراین برای تهیه این مقاله فقط از ویرایشگر متن استفاده کردم. علاوه بر این، لازم نبود فکر کنم که کدام یک از فرمول ها گرافیکی و کدام متنی باشد.

در اینجا چند نمونه وجود دارد که راز آماده سازی متن مقاله را آشکار می کند: توضیحات ستون سمت چپ به طور خودکار به فرمول در ستون دوم تبدیل می شوند.
در خط اول، توضیحات فرمول منطقی بسیار شبیه به نتیجه نمایش داده شده است. تنها تفاوت این است که ضرایب عددی به صورت بین خطی خروجی می شوند.
در خط دوم، فرمول گسترش یافته به عنوان سه رشته مجزا، که با یک نماد از هم جدا شده اند، ارائه می شود. من فکر می‌کنم به راحتی می‌توان فهمید که توضیحات متنی بسیار شبیه آنچه برای ترسیم یک فرمول با مداد روی کاغذ لازم است.
خط سوم استفاده از خطوط اریب را با استفاده از کاراکترهای \ و / نشان می دهد. علامت ` (backtick) به این معنی است که خط از راست به چپ (یا از پایین به بالا) کشیده شده است.

اسناد بسیار دقیق تری در مورد استفاده از سیستم easyChem در اینجا وجود دارد.

در این مورد، اجازه دهید مقاله را تمام کنم و برای شما در تحصیل شیمی آرزوی موفقیت کنم.

فرهنگ لغت توضیحی مختصر اصطلاحات استفاده شده در مقاله

هیدروکربن ها موادی که از کربن و هیدروژن تشکیل شده اند. آنها در ساختار مولکول ها با یکدیگر متفاوت هستند. فرمول‌های ساختاری نمایش شماتیک مولکول‌ها هستند که در آن اتم‌ها با حروف لاتین نشان داده می‌شوند و پیوندهای شیمیایی خط تیره هستند. فرمول های ساختاری گسترش یافته، ساده شده و اسکلتی هستند. فرمول های ساختاری گسترش یافته - چنین فرمول های ساختاری، که در آن هر اتم به عنوان یک گره جداگانه نشان داده می شود. فرمول‌های ساختاری ساده‌شده، فرمول‌های ساختاری هستند که اتم‌های هیدروژن در کنار عنصری که با آن مرتبط هستند نوشته می‌شوند. و اگر بیش از یک هیدروژن به یک اتم متصل باشد، مقدار آن به صورت عدد نوشته می شود. همچنین می توان گفت که گروه ها در فرمول های ساده شده به عنوان گره عمل می کنند. فرمول های اسکلتی فرمول های ساختاری هستند که اتم های کربن به صورت گره های خالی نشان داده می شوند. تعداد اتم های هیدروژن متصل به هر اتم کربن 4 منهای تعداد پیوندهایی است که در محل همگرا می شوند. برای گره های غیر کربنی، قوانین فرمول های ساده اعمال می شود. فرمول ناخالص (معروف به فرمول واقعی) - فهرستی از تمام عناصر شیمیایی که مولکول را تشکیل می دهند، که تعداد اتم ها را به عنوان یک عدد نشان می دهد (اگر اتم یک است، پس واحد نوشته نشده است) سیستم هیل - قانونی که تعیین می کند. ترتیب اتم ها در فرمول ناخالص: ابتدا کربن، سپس هیدروژن و سپس بقیه عناصر به ترتیب حروف الفبا آمده است. این سیستمی است که اغلب استفاده می شود. و تمامی فرمول های ناخالص در این مقاله بر اساس سیستم هیل نوشته شده اند. گروه های عاملی ترکیبات پایداری از اتم ها که در طی واکنش های شیمیایی حفظ می شوند. اغلب گروه های عاملی نام های خاص خود را دارند که بر خواص شیمیایی و نام علمی ماده تأثیر می گذارد.