Оглавление 22 23 24 25 26 — — — 270 

Вывод химических формул. Чтобы вывести формулу слож­ного вещества, нужно прежде всего путем анализа установить, из каких элементов состоит вещество и в каких весовых отношениях соединены друг с другом входящие в него элементы. Обычно со­став сложного вещества выражают в процентах, но он может быть выражен и в любых других числах, указывающих отношение между весовыми количествами элементов, образующих дан­ное вещество. Например, состав окиси алюминия, содержащей 52,94% алюминия и 47,06% кислорода, будет вполне определен, если мы скажем, что алюминий и кислород соединены в весовом отношении 9:8, т. е. что на 9 вес. ч. алюминия приходится 8 вес. ч. кислорода. Понятно, что отношение 9: 8 должно равняться отношению 52,94 : 47,06.

Зная весовой состав сложного вещества и атомные веса обра­зующих его элементов, нетрудно найти относительное число ато­мов каждого элемента в молекуле взятого вещества и таким об­разом установить его простейшую формулу.
Положим, например, что требуется вывести формулу хлори­стого кальция, содержащего 36% кальция и 64% хлора. Атомный вес кальция 40, хлора 35,5.
Обозначим число атомов кальция в молекуле хлористого кальция через х, а число атомов хлора через у. Так как атом кальция весит 40, а атом хлора 35,5 кислородных единиц, то об­щий вес атомов кальция, входящих в состав молекулы хлори­стого кальция, будет равен 40 х, а вес атомов хлора 35,5 у. Отно­шение этих чисел, очевидно, должно равняться отношению весо­вых количеств кальция и хлора в любом количестве хлористого кальция. Но последнее отношение равно 36 : 64.
Приравняв оба отношения, получим:
40x: 35,5y = 36:64
Затем освободимся от коэффициентов при неизвестных х и у пу­тем деления первых членов пропорции на 40, а вторых на 35,5:
 SAM_1604-1
Числа 0,9 и 1,8 выражают относительное число атомов в мо­лекуле хлористого кальция, но они дробны, тогда как в моле­куле может содержаться только целое число атомов. Чтобы вы­разить отношение х :у двумя целыми числами, делим оба члена ^второго отношения на наименьший из них. Получаем
х: у = 1 : 2
Следовательно, в молекуле хлористого кальция на один атом кальция приходятся два атома хлора. Этому условию удовле­творяет целый ряд формул: СаСl2, Са2Сl4, Са3Сl6 и т. д. Так как у нас нет данных, чтобы судить, какая из написанных формул отвечает действительному атомному составу молекулы хлори­стого кальция, то мы остановимся на простейшей из них СаСl2, указывающей наименьшее возможное число атомов в молекуле хлористого кальция.

Однако произвол в выборе формулы отпадает, если наряду с весовым составом вещества известен также его молекулярный вес. В этом случае нетрудно вывести формулу, выражающую истинный состав молекулы. Приведем пример.

Путем анализа установлено, что глюкоза содержит на 4,5 вес. ч. углерода 0,75 вес. ч. водорода и 6 вес. ч. кислорода. Молеку­лярный вес ее был найден равным 180. Требуется вывести фор­мулу глюкозы.
Как и в предыдущем случае, находим сперва отношение между числом атомов углерода (атомный вес 12), водорода и кислорода в молекуле глюкозы. Обозначив число атомов угле­рода через х, водорода через у и кислорода через z, составляем пропорцию:
 :у: 16z = 4,5 : 0,75 : 6
откуда
истинный состав молекулы
Разделив все три члена второй половины равенства на 0,375, получаем:
х :у:z= 1 : 2 : 1
Следовательно, простейшая формула глюкозы будет СН2O. Но вычисленный по ней молекулярный вес равнялся бы 30, тогда как в действительности молекулярный вес глюкозы 180, т. е. в шесть раз больше. Очевидно, что для глюкозы нужно принять формулу C6H12O6.
Формулы, основанные, кроме данных анализа, также и на определении молекулярного веса и указывающие действительное число атомов в молекуле, называются истинными или молекулярнымиформулами; формулы же, выведенные только из данных анализа, называются простейшими или эмпи­рическими.
Познакомившись с выводом химических формул,» легко по­нять, как устанавливаются точные молекулярные веса. Как мы уже упоминали, существующие методы определения молекуляр­ных весов в большинстве случаев не дают вполне точных резуль­татов. Но, зная хотя бы приблизительный молекулярный вес и процентный состав вещества, можно установить его формулу, выражающую атомный состав молекулы. Так как вес молекулы равняется сумме весов образующих ее атомов, то, сложив веса атомов, входящих в состав молекулы, мы определим ее вес в кислородных единицах, т. е. молекулярный вес вещества. Точность найденного молекулярного веса будет такой же, как и точность атомных весов.
Нахождение формулы химического соединения во многих случаях может быть значительно упрощено, если воспользоваться понятием овалентности элементов.
Напомним, что валентностью элемента называется свойство его атомов присоединять к себе или замещать определенное число атомов другого элемента.
Валентность элемента определяется числом, показывающим, сколько атомов водорода (или другого одновалентного элемента) присоединяет или замещает атом данного элемента.
О более глубоком смысле, который вкладывает в понятие «ва­лентность» современная химия, будет сказано в гл. V.
Понятие о валентности распространяется не только на от­дельные атомы, но и на целые группы атомов, входящие в состав химических соединений и участвующие как одно целое в химиче­ских реакциях. Такие группы атомов получили название радикалов. В неорганической химии наиболее важными ра­дикалами являются: 1) водный остаток, или гидроксил ОН; 2) кислотные остатки; 3) основные остатки.
Водный остаток, или гидроксил, получается, если отмолекулы воды отнять один атом водорода. В молекуле воды гидроксил связан с одним атомом водорода, следовательно, группа ОН одновалентна.
Кислотными остатками называются группы атомов (аиногда и один атом), «остающиеся» от молекул кислот, если мысленно отнять от них один или несколько атомов водорода, замещаемых металлом. Валентность этих групп определяется чис­лом отнятых атомов водорода. Например, серная кислота дает два кислотных остатка — один двухвалентный SO4 и другой одно­валентный HSO4,входящий в состав различных кислых солей. Фосфорная кислотаН3РО4 может дать три кислотных остатка: трехвалентный РО4,двухвалентный НРО4 и одновалентный
Н2РО4 и т. д.
Основными остатками мы будем называть; атомы или группы атомов, «остающиеся» от молекул оснований, если мысленно отнять от них один или несколько гидроксилов. На­пример, последовательно отнимая от молекулы Fe(OH)3 гидро-ксилы, получаем следующие основные остатки: Fe(OH)2, FeOH и Fe. Валентность их определяется числом отнятых гидроксиль-ных групп:Fe(OH)2 — одновалентен; Fe(OH)—двухвалентен; Fe — трехвалентен.
Основные остатки, содержащие гидроксильные группы, вхо­дят в состав так называемых основных солей. Последние можно рассматривать как основания, в которых часть гидрокси­лов замещенакислотными остатками. Так, при замещении двух гидроксилов вFe(OH)3 кислотным остатком SO4 получается основная соль FeOHSO4, при замещении одного гидроксила в Bi(OH)
кислотным остатком NOполучается основная соль Bi(OH)2NO3 и т.д.
 
Знание валентностей отдельных элементов и радикалов по­зволяет в простых случаях быстро составлять формулы очень мно­гих химических соединений, что освобождает химика от необхо­димости механически их заучивать.
Так как составление простейших формул — окислов, основа­ний и нормальных солей хорошо известно из элементарного курса химии, то мы ограничимся здесь лишь примерами составле­ния формул кислых и основных солей.
Пример 1. Составить формулу гидрокарбоната кальция — кислой соли угольной кислоты.
В состав этой соли должны входить атомы кальция и одновалентные кислотные остатки НСО3. Так как кальций двухвалентен, то на один атом кальция надо взять два кислотных остатка. Следовательно, формула соли будет Са(НСО3)г.
Промер 2. Составить формулу основного карбоната меди — основноймедной соли угольной кислоты.
Эта соль должна состоять из одновалентных основных остатков СuОН и двухвалентных кислотных остатков СО3. Поэтому формула соли будет (СuОН)2СО3 или Сu2(ОН)2СО3.
Правило составления формул по валентности приобретает большую наглядность, если изображать состав молекул так на­зываемымиструктурными формулами. Примерами структурных формул некоторых простейших соединений могут служить следующие:
Примеры структурных формул простейших соединений
Структурные формулы показывают не только, из каких ато­мов состоит молекула соединения, но и как эти атомы связаны между собой в молекуле. Во многих случаях эти формулы дают возможность объяснить те или иные свойства соединения, разо­браться в валентности образующих его атомов и т. п. Особенно большую роль они играют в органической химии, где вещество часто состоит из очень сложных молекул.
Вы смотрите, статья на тему Вывод химических формул