صيغ المواد المعروفة. الصيغ الكيميائية - هايبر ماركت المعرفة

تعريف

تحت التكافؤ تهدف خاصية ذرة عنصر معين إلى إرفاق أو استبدال عدد معين من ذرات عنصر آخر. لذلك يمكن أن يكون مقياس التكافؤ هو عدد الروابط الكيميائية التي تتكون من ذرة معينة مع ذرات أخرى.

وهكذا ، في الوقت الحاضر ، يُفهم عادة تكافؤ عنصر كيميائي على أنه قدرته (بمعنى أضيق ، مقياس لقدرته) على تكوين روابط كيميائية. في تمثيل طريقة روابط التكافؤ ، تتوافق القيمة العددية للتكافؤ مع عدد الروابط التساهمية التي تشكلها الذرة.

رسم الصيغ الكيميائية بالتكافؤ

بمساعدة العلامات الكيميائية لتكافؤ العناصر ، يمكنك تكوين صيغة لمادة معقدة. للقيام بذلك ، عليك أن تعرف:

- العلامات الكيميائية للعناصر التي تتكون منها مادة معقدة ؛

- تكافؤ العناصر.

- أن تكون قادرًا على إيجاد المضاعف المشترك الأصغر لتكافؤات العناصر ؛

- تحديد مؤشرات لذرات العناصر.

ضع في اعتبارك قواعد وضع الصيغ الكيميائية للمركبات المعقدة عن طريق التكافؤ باستخدام مثال المواد غير العضوية من فئات مختلفة:

أ) أكاسيد

افترض أننا بحاجة إلى اشتقاق صيغة أكسيد الحديد (III). للقيام بذلك ، عليك القيام بما يلي:

- نصور العلامات الكيميائية للعناصر التي تتكون منها مادة معقدة:

- ضع تكافؤ الرقم الروماني فوق علامة كل عنصر:

- ابحث عن المضاعف المشترك الأصغر لوحدات التكافؤ:

- نقسم أصغر مضاعف مشترك على عدد وحدات التكافؤ لكل عنصر على حدة (حاصل القسمة الناتج سيكون مؤشرات في الصيغة):

ب) القواعد والأملاح والأحماض

عند وضع معادلات القواعد والأملاح ، يستخدمون نفس الإجراءات المستخدمة عند وضع صيغ الأكاسيد. الاختلاف الوحيد هو أنه بدلاً من ذرة الأكسجين ، ستكون هناك مجموعة هيدروكسيل (OH) أو بقايا حمض (SO 4 ، SO 3 ، CO 3 ، NO 3 ، PO 4 ، SiO 3 ، S ، Cl ، إلخ).

لنفترض أننا بحاجة إلى اشتقاق صيغة هيدروكسيد الكالسيوم:

المضاعف المشترك II × I \u003d 2

2/2 \u003d 1 (بدون وحدة) ؛

2/1 \u003d 2 (يجب أن تكون OH بين قوسين) ؛

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

المهمة	تحديد تكافؤ العناصر في المركبات التالية: أ) Mg 3 P 2 ؛ ب) Al 2 S 3 ؛ ج) Na 2 O ؛ د) AgCl ؛ ه) FeCl 3.
القرار	يجب أن يبدأ تحديد تكافؤ العناصر في مركب كيميائي بالإشارة إلى تكافؤ عنصر معروف. في المتغير "a" ، يكون المغنيسيوم ، حيث أن عناصر مجموعة IIA لها قيمة تكافؤ ثابتة تساوي رقم المجموعة ، أي II. نكتب صيغة المادة ونشير بالأرقام الرومانية إلى تكافؤ عنصر معروف: ابحث عن أصغر مضاعف لوحدات التكافؤ. للقيام بذلك ، نقوم بضرب قيمة تكافؤ المغنيسيوم في عدد ذرات عنصر معين في المركب (3): لتحديد تكافؤ الفوسفور ، نقسم أصغر مضاعف لعدد وحدات التكافؤ على عدد ذرات الفوسفور في المركب (2): وهذا يعني أن تكافؤ الفوسفور هو III: Mg II 3 P III 2. وبالمثل ، نحدد تكافؤ العناصر في المركبات الأخرى: ب) Al III 2 S II 3 ؛ ج) Na I 2 O II ؛ د) Ag I Cl I ؛ ه) Fe III Cl I 3.
إجابة	أ) Mg II 3 P III 2 ؛ ب) Al III 2 S II 3 ؛ ج) Na I 2 O II ؛ د) Ag I Cl I ؛ ه) Fe III Cl I 3

مثال 2

المهمة	تحديد تكافؤ العناصر في المركبات التالية: أ) CuO ؛ ب) Au 2 O ؛ ج) PbO 2 ؛ د) Li 3 N ؛ ه) AlF3.
القرار	يجب أن يبدأ تحديد تكافؤ العناصر في مركب كيميائي بالإشارة إلى تكافؤ عنصر معروف. في البديل "أ" هو الأكسجين ، لأن تكافؤه دائمًا يساوي II: نضع القيمة التي تم الحصول عليها على يمين العلامة الكيميائية لهذا العنصر ، مع الإشارة إلى الأرقام العربية: نقسم الآن العدد الإجمالي لوحدات التكافؤ على عدد ذرات (فهرس) العنصر الذي يُعرف التكافؤ به: نضع حاصل القسمة الناتج (2) بالأرقام الرومانية على العنصر المطلوب باعتباره التكافؤ: هذا يعني أن تكافؤ العناصر في مركب CuO يساوي: النحاس - II والأكسجين - II. وبالمثل ، نحدد تكافؤات العناصر في المركبات الأخرى: ب) Au I 2 O II ؛ ج) الرصاص الرابع O II 2 ؛ د) Li I 3 N II ؛ هـ) Al III F I 3.
إجابة	أ) Cu II O II ؛ ب) Au I 2 O II ؛ ج) الرصاص الرابع O II 2 ؛ د) Li I 3 N II ؛ هـ) Al III F I 3

تعكس الصيغة الكيميائية تكوين المادة. على سبيل المثال ، H 2 O - ذرتا هيدروجين متصلتان بذرة أكسجين. تحتوي الصيغ الكيميائية أيضًا على بعض المعلومات حول بنية المادة: على سبيل المثال ، Fe (OH) 3 ، Al 2 (SO 4) 3 - تشير هذه الصيغ إلى بعض المجموعات المستقرة (OH ، SO 4) التي تشكل جزءًا من المادة - جزيءها أو صيغتها الوحدات.

الصيغة الجزيئية يشير إلى عدد ذرات كل عنصر في الجزيء. الصيغة الجزيئية تصف المواد ذات التركيب الجزيئي (الغازات والسوائل وبعض المواد الصلبة). لا يمكن وصف تركيبة المادة ذات التركيب الذري أو الأيوني إلا بوحدات الصيغة.

وحدة الصيغةيشير إلى أبسط نسبة بين عدد ذرات العناصر المختلفة في مادة ما. على سبيل المثال ، وحدة صيغة البنزين هي C H ، الصيغة الجزيئية هي C 6 H 6.

الصيغة الهيكلية (الرسومية) يشير إلى الترتيب الذي يتم به انضمام الذرات في الجزيء وفي وحدة الصيغة وعدد الروابط بين الذرات.

التكافؤ

يعتمد التهجئة الصحيحة لمثل هذه الصيغ على مفهوم التكافؤ (فالنتيا - القوة) هي قدرة ذرة عنصر معين على الارتباط بنفسها بعدد معين من الذرات الأخرى. في الكيمياء الحديثة ، يتم النظر في ثلاثة أنواع من التكافؤ: القياس المتكافئ والإلكتروني والهيكلية.

التكافؤ المتكافئعنصر كيميائي - هذا هو عدد المعادلات التي يمكن أن ترتبط بها ذرة معينة بنفسها ، أو هو عدد المكافئات في الذرة. يتم تحديد المكافئات من خلال عدد ذرات الهيدروجين المرفقة أو المستبدلة ، وبالتالي فإن التكافؤ المتكافئ يساوي عدد ذرات الهيدروجين التي تتفاعل معها ذرة معينة. ولكن لا تتفاعل جميع العناصر مع الهيدروجين ، وكل العناصر تقريبًا تتفاعل مع الأكسجين ، لذلك يمكن تعريف التكافؤ المتكافئ بأنه العدد المضاعف لذرات الأكسجين المرفقة.

على سبيل المثال ، التكافؤ المتكافئ للكبريت في كبريتيد الهيدروجين H 2 S يساوي 2 ، في أكسيد SO 2 - 4 ، في أكسيد SO 3 –6.

عند تحديد التكافؤ المتكافئ لعنصر ما وفقًا لصيغة المركب الثنائي ، يجب أن يسترشد المرء بالقاعدة: يجب أن يكون التكافؤ الكلي لجميع ذرات عنصر واحد مساويًا للتكافؤ الكلي لجميع ذرات عنصر آخر.

بمعرفة تكافؤ العناصر وهذه القاعدة ، يمكنك وضع الصيغة الكيميائية للمركب. عند وضع الصيغ ، يجب اتباع الإجراء التالي.

1. اكتب ، بترتيب تصاعدي الكهربية ، الرموز الكيميائية للعناصر التي يتكون منها المركب ، على سبيل المثال:

2. فوق الرموز العناصر الكيميائية ضع التكافؤ (من المعتاد الإشارة إليه بالأرقام الرومانية):

I II III I III II

3. باستخدام القاعدة أعلاه ، حدد المضاعف المشترك الأصغر للأرقام التي تعبر عن التكافؤ المتكافئ لكلا العنصرين (2 و 3 و 6 على التوالي).

4) بقسمة أصغر مضاعف مشترك على تكافؤ العنصر المقابل ، يتم العثور على عدد الذرات في صيغة المركبات:

I II III I III II

K 2 O AlCl 3 Al 2 O 3

المثال 15.ضع معادلة أكسيد الكلور ، مع العلم أن الكلور سباعي التكافؤ والأكسجين ثنائي التكافؤ.

القرار.نجد أصغر مضاعف للعددين 2 و 7 - يساوي 14. بقسمة المضاعف المشترك الأصغر على التكافؤ المتكافئ للعنصر المقابل ، نجد عدد الذرات: الكلور 14 : 7 \u003d 2 ، أكسجين 14 : 2 \u003d 7. وبالتالي ، فإن صيغة الأكسيد هي Cl 2 O 7.

حالة الأكسدةيميز أيضًا تكوين المادة ويساوي التكافؤ المتكافئ بعلامة زائد (لمعدن أو عنصر أكثر حساسية للكهرباء في جزيء) أو ناقص.

1. في المواد البسيطة ، تكون حالة أكسدة العناصر صفراً.

2. حالة أكسدة الفلور في جميع المركبات هي -1. تحتوي بقية الهالوجينات (الكلور والبروم واليود) مع المعادن والهيدروجين وعناصر أخرى أكثر حساسية للكهرباء أيضًا على حالة أكسدة -1 ، ولكن في المركبات التي تحتوي على المزيد من العناصر الكهربية ، يكون لها حالات أكسدة موجبة.

3. الأكسجين الموجود في المركبات له حالة أكسدة -2 ؛ الاستثناء هو بيروكسيد الهيدروجين H 2 O 2 ومشتقاته (Na 2 O 2 ، BaO 2 ، وما إلى ذلك ، حيث يكون للأكسجين حالة أكسدة -1 ، وكذلك فلوريد الأكسجين OF 2 ، حيث تكون حالة أكسدة الأكسجين +2.

4. العناصر القلوية (Li ، Na ، K ، إلخ.) وعناصر المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثانية من الجدول الدوري (Be ، Mg ، Ca ، إلخ) لها دائمًا حالة أكسدة مساوية لرقم المجموعة ، أي +1 و +2 على التوالي ...

5. جميع عناصر المجموعة الثالثة ، باستثناء الثاليوم ، لها حالة أكسدة ثابتة مساوية لرقم المجموعة ، أي +3.

6. أعلى حالة أكسدة لعنصر ما تساوي رقم مجموعة النظام الدوري ، وأقلها هي الفرق: رقم المجموعة - 8. على سبيل المثال ، أعلى حالة أكسدة للنيتروجين (يقع في المجموعة الخامسة) هي +5 (في حمض النيتريك وأملاحه) ، وأقلها هي -3 (في أملاح الأمونيا والأمونيوم).

7. حالات الأكسدة للعناصر في المركب تعوض بعضها البعض بحيث يكون مجموع كل ذرات الجزيء أو وحدة الصيغة المحايدة صفرًا ، وبالنسبة للأيون - شحنته.

يمكن استخدام هذه القواعد لتحديد حالة الأكسدة غير المعروفة لعنصر في مركب ، إذا كانت حالات الأكسدة للآخرين معروفة ، ولصياغة مركبات متعددة العناصر.

المثال 16. حدد حالة أكسدة الكروم في ملح K 2 CrO 4 وفي Cr 2 O 7 2 - أيون.

القرار.حالة أكسدة البوتاسيوم هي +1 (القاعدة 4) والأكسجين -2 (القاعدة 3). يُشار إلى حالة أكسدة الكروم بواسطة X. بالنسبة لوحدة الصيغة K 2 CrO 4 لدينا:

2 ∙ (+1) + X + 4 ∙ (-2) \u003d 0 ،

لذلك ، فإن حالة أكسدة الكروم هي X \u003d +6.

بالنسبة للأيون Cr 2 O 7 2 - لدينا: 2 ∙ X + 7 ∙ (-2) \u003d -2 ، X \u003d +6.

نرى أن حالة أكسدة الكروم هي نفسها في كلتا الحالتين.

المثال 17.تحديد حالة أكسدة الفوسفور في المركبات P 2 O 3 و PH 3.

القرار.في المركب P 2 O 3 ، تكون حالة أكسدة الأكسجين -2. انطلاقاً من حقيقة أن المجموع الجبري لحالات الأكسدة للجزيء يجب أن يكون مساوياً للصفر ، نجد حالة أكسدة الفوسفور: 2 ∙ X + 3 ∙ (-2) \u003d 0 ، وبالتالي X \u003d +3.

في المركب PH 3 ، تكون حالة أكسدة الهيدروجين +1 ، وبالتالي X + 3 ∙ (+1) \u003d 0 ، X \u003d -3.

المثال 18.اكتب صيغ الأكاسيد التي يمكن الحصول عليها عن طريق التحلل الحراري للهيدروكسيدات (القواعد والأحماض) المدرجة أدناه: Fe (OH) 3 ، Cu (OH) 2 ، H 2 SiO 3 ، H 3 AsO 4 ، H 2 WO 4.

القرار.Fe (OH) 3 - شحنة أيون الهيدروكسيد هي -1 ، وبالتالي ، فإن حالة أكسدة الحديد تساوي +3 وصيغة الأكسيد المقابل هي Fe 2 O 3.

Cu (OH) 2 - نظرًا لوجود أيوني هيدروكسيد ، تبلغ شحنته الإجمالية -2 ، فإن حالة أكسدة النحاس هي +2 وصيغة الأكسيد هي CuO.

H 2 SiO 3. حالة أكسدة الهيدروجين +1 ، الأكسجين -2 ، السيليكون هو Х. المعادلة الجبرية: 2 ∙ (+1) + X + 3 ∙ (-2) \u003d 0. X \u003d +4. صيغة الأكسيد هي SiO 2.

H 3 AsO 4 - يتم حساب حالة أكسدة الزرنيخ في الحمض بالمعادلة:

3. (+1) + X + 4 (-2) \u003d 0 ؛ س \u003d +5.

وبالتالي ، فإن صيغة الأكسيد هي 2 O 5.

H 2 WO 4. تحسب حالة أكسدة ولفرام بنفس الطريقة (تحقق!) هي +6. لذلك ، فإن صيغة الأكسيد المقابل هي WO 3.

تنقسم العناصر الكيميائية إلى عناصر ذات تكافؤ ثابت ومتغير ؛ وفقًا لذلك ، فإن الأول له حالة أكسدة ثابتة في أي مركبات ، والأخيرة - مختلفة ، والتي تعتمد على تكوين المركب /

فكر في كيفية استخدام D.I. Mendeleev ، يمكنك تحديد حالة أكسدة العناصر.

لحالات الأكسدة المستقرة للعناصر المجموعات الفرعية الرئيسية يتم ملاحظة الأنماط التالية.

1- عناصر المجموعات من الأول إلى الثالث لها حالات أكسدة فقط - موجبة ومتساوية في الحجم لأرقام المجموعة ، باستثناء الثاليوم ، الذي له حالات أكسدة +1 و +3.

2. بالنسبة لعناصر المجموعات IV-VI ، بالإضافة إلى حالة الأكسدة الموجبة القصوى المقابلة لرقم المجموعة ، والسالب ، والتي تساوي الفرق بين الرقم 8 ورقم المجموعة ، هناك أيضًا حالات أكسدة وسيطة ، تختلف عادةً عن بعضها البعض بمقدار وحدتين. بالنسبة للمجموعة الرابعة ، حالات الأكسدة هي +4 ، +2 ، -4 ، -2 ؛ للمجموعة V +5 ، +3 ، -3 ، -1 ؛ للمجموعة السادسة - +6 ، +4 ، -2.

3. تحتوي عناصر المجموعة السابعة على جميع حالات الأكسدة من +7 إلى -1 ، وتختلف بوحدتين ، أي + 7 و + 5 و +3 و +1 و -1. ولكن في هذه المجموعة (الهالوجينات) يتم إطلاق الفلور ، والذي لا يحتوي على حالات أكسدة إيجابية وفي المركبات ذات العناصر الأخرى يوجد فقط في حالة أكسدة واحدة -1.

ملحوظة. العديد من المركبات غير المستقرة من الكلور والبروم واليود معروفة بحالات أكسدة متساوية +2 ، +4 ، +6 (ClO ، ClO 2 ، ClO 3 ، إلخ).

عناصر مجموعات فرعية جانبية لا توجد علاقة بسيطة بين حالات الأكسدة المستقرة ورقم المجموعة. بالنسبة للعناصر الأكثر شيوعًا لعناصر المجموعة الفرعية ، يجب ببساطة تذكر حالات الأكسدة المستقرة. تشمل هذه العناصر: الكروم Cr (+3 و +6) ، المنغنيز Mn (+7 ، +6 ، +4 و +2) ، الحديد Fe ، الكوبالت Co والنيكل Ni (+3 و +2) ، النحاس +2 و +1) ، الفضة Ag (+1) ، الذهب Au (+3 و +1) ، الزنك والزنك والكادميوم Cd (+2) ، الزئبق Hg (+2 و +1).

لصياغة الصيغ لمركبات ثلاثية ومتعددة العناصر ، من الضروري معرفة حالات الأكسدة لجميع العناصر. في هذه الحالة ، يتم تحديد عدد ذرات العناصر في الصيغة من شرط أن يكون مجموع حالات الأكسدة لجميع الذرات مساويًا للصفر (في وحدة الصيغة) أو الشحنة (في أيون). على سبيل المثال ، إذا كان معروفًا أن وحدة الصيغة تحتوي على ذرات K و Cr و O مع حالات أكسدة تساوي +1 و +6 و -2 ، على التوالي ، فسيتم استيفاء هذا الشرط بواسطة الصيغ K 2 CrO 4 ، K 2 Cr 2 O 7 ، K 2 Cr 3 O 10 وغيرها الكثير ؛ على نحو مشابه لهذا الأيون بشحنة -2 ، التي تحتوي على Cr +6 و O - 2 ، سوف تتوافق مع الصيغ CrO 4 2 - ، Cr 2 O 7 2 - ، Cr 3 O 10 2 - ، Cr 4 O 13 2 - ، إلخ.

التكافؤ الإلكترونيالعنصر يساوي عدد الروابط الكيميائية التي تشكلها ذرة هذا العنصر.

في معظم المركبات ، يكون التكافؤ الإلكتروني للعناصر مساويًا للقياس المتكافئ. لكن هناك استثناءات كثيرة. على سبيل المثال ، في بيروكسيد الهيدروجين H 2 O 2 ، يكون التكافؤ المتكافئ للأكسجين واحدًا (توجد ذرة هيدروجين واحدة لكل ذرة أكسجين) ، والتكافؤ الإلكتروني هو اثنان ، والذي يتبع من الصيغة البنائية ، والتي توضح الروابط الكيميائية للذرات: H - O - O - H ... يتم تفسير التناقض بين قيم التكافؤ المتكافئ والإلكتروني في هذه الحالة من خلال حقيقة أن ذرات الأكسجين مرتبطة ليس فقط بذرات الهيدروجين ، ولكن أيضًا مع بعضها البعض.

وهكذا ، هناك مركبات كيميائية، حيث لا تتطابق التكافؤات المتكافئة والإلكترونية. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، المركبات المعقدة.

التكافؤ الهيكلي (التنسيق) ،أو يتم تحديد رقم التنسيق من خلال عدد الذرات المجاورة. على سبيل المثال ، في جزيء SO 3 من الكبريت ، يكون عدد ذرات الأكسجين المجاورة 3 ويكون التكافؤ الهيكلي ورقم التنسيق 3 ، بينما التكافؤ المتكافئ هو 6.

تمت مناقشة التكافؤ الإلكتروني والتنسيقي بمزيد من التفصيل في الفصلين "الرابطة الكيميائية" و "المركبات المعقدة".

تم إدخال الرموز الحديثة للعناصر الكيميائية إلى العلم في عام 1813 بواسطة J. Berzelius. بناءً على اقتراحه ، تم تحديد العناصر بواسطة الأحرف الأولى لأسمائها اللاتينية. على سبيل المثال ، يُشار إلى الأكسجين (Oxygenium) بالحرف O ، والكبريت (الكبريت) بالحرف S ، والهيدروجين (Hydrogenium) بالحرف H. وفي الحالات التي تبدأ فيها أسماء العناصر بالحرف نفسه ، تتم إضافة أحد العناصر التالية إلى الحرف الأول. لذلك ، الكربون (كاربونيوم) له الرمز C ، الكالسيوم (الكالسيوم) - Ca ، النحاس (Cuprum) - Cu.

الرموز الكيميائية ليست فقط أسماء مختصرة للعناصر: فهي تعبر أيضًا عن كميات معينة (أو كتل) ، أي يشير كل رمز إلى ذرة واحدة من عنصر ، أو مول واحد من ذراته ، أو كتلة عنصر تساوي (أو تتناسب مع) الكتلة المولية لهذا العنصر. على سبيل المثال ، تعني C إما ذرة كربون واحدة ، أو مول واحد من ذرات الكربون ، أو 12 وحدة كتلة (عادة 12 جم) من الكربون.

الصيغ الكيميائية

تشير صيغ المواد أيضًا ليس فقط إلى تكوين المادة ، ولكن أيضًا إلى كميتها وكتلتها. تمثل كل صيغة إما جزيءًا واحدًا من مادة ، أو جزيءًا واحدًا من مادة ، أو كتلة مادة تساوي (أو تتناسب مع) كتلتها المولية. على سبيل المثال ، H 2 O يعني إما جزيء ماء واحد ، أو مول واحد من الماء ، أو 18 وحدة كتلة (عادة (18 جم) من الماء).

يتم أيضًا الإشارة إلى المواد البسيطة من خلال الصيغ التي توضح عدد الذرات التي يتكون منها جزيء مادة بسيطة: على سبيل المثال ، صيغة الهيدروجين هي H 2. إذا كان التركيب الذري لجزيء من مادة بسيطة غير معروف تمامًا أو كانت المادة تتكون من جزيئات تحتوي على عدد مختلف من الذرات ، وأيضًا إذا لم يكن لها بنية جزيئية ، ولكن بنية ذرية أو معدنية ، يتم تحديد مادة بسيطة بواسطة رمز العنصر. على سبيل المثال ، يتم الإشارة إلى مادة بسيطة من مادة الفوسفور بواسطة الصيغة P ، حيث أنه ، اعتمادًا على الظروف ، يمكن أن يتكون الفوسفور من جزيئات ذات أعداد مختلفة من الذرات أو لها بنية بوليمر.

صيغ الكيمياء لحل المشكلات

يتم تحديد صيغة المادة بناءً على نتائج التحليل. على سبيل المثال ، وفقًا للتحليل ، يحتوي الجلوكوز على 40٪ بالوزن من الكربون و 6.72٪ بالوزن من الهيدروجين و 53.28٪ بالوزن من الأكسجين. لذلك ، فإن كتل الكربون والهيدروجين والأكسجين مرتبطة ببعضها البعض على أنها 40: 6.72: 53.28. دعونا نحدد الصيغة المطلوبة للجلوكوز C x H y O z ، حيث x و y و z هي عدد ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين في الجزيء. الكتل الذرية لهذه العناصر تساوي على التوالي 12.01 ؛ 1.01 و 16.00 وحدة دولية لذلك ، يحتوي جزيء الجلوكوز على 12.01 x amu. كربون ، 1.01u amu الهيدروجين و 16.00 زا. الأكسجين. نسبة هذه الكتل هي 12.01x: 1.01y: 16.00z. لكننا وجدنا بالفعل هذه العلاقة بناءً على بيانات تحليل الجلوكوز. بالتالي:

12.01x: 1.01y: 16.00z \u003d 40: 6.72: 53.28.

حسب خصائص النسبة:

س: ص: ض \u003d 40 / 12.01: 6.72 / 1.01: 53.28 / 16.00

أو x: y: z \u003d 3.33: 6.65: 3.33 \u003d 1: 2: 1.

وبالتالي ، يوجد في جزيء الجلوكوز ذرتان هيدروجين وذرة أكسجين واحدة لكل ذرة كربون. يتم استيفاء هذا الشرط من خلال الصيغ CH 2 O ، C 2 H 4 O 2 ، C 3 H 6 O 3 ، إلخ. يُطلق على أول هذه الصيغ - CH 2 O - أبسط معادلة تجريبية ؛ لها وزن جزيئي قدره 30.02. من أجل معرفة الصيغة الصحيحة أو الجزيئية ، تحتاج إلى معرفة الوزن الجزيئي لمادة معينة. عند تسخينه ، يتم تدمير الجلوكوز دون أن يتحول إلى غاز. لكن يمكن تحديد وزنه الجزيئي بطرق أخرى: فهو يساوي 180. من مقارنة هذا الوزن الجزيئي مع الوزن الجزيئي المقابل لأبسط صيغة ، يتضح أن الجلوكوز يتوافق مع الصيغة C 6 H 12 O 6.

وبالتالي ، فإن الصيغة الكيميائية هي صورة لتكوين مادة باستخدام رموز العناصر الكيميائية والمؤشرات العددية وبعض العلامات الأخرى. يتم تمييز أنواع الصيغ التالية:

— أبسط ، والتي يتم الحصول عليها تجريبياً عن طريق تحديد نسبة العناصر الكيميائية في الجزيء واستخدام قيم كتلها الذرية النسبية (انظر المثال أعلاه) ؛

— جزيئي ، والتي يمكن الحصول عليها بمعرفة أبسط صيغة للمادة ووزنها الجزيئي (انظر المثال أعلاه) ؛

— معقول عرض مجموعات الذرات المميزة لفئات العناصر الكيميائية (R-OH - كحول ، R - COOH - أحماض كربوكسيلية ، R - NH 2 - الأمينات الأولية ، إلخ) ؛

— الهيكلية (الرسم) ، يوضح الترتيب المتبادل للذرات في الجزيء (يمكن أن يكون ثنائي الأبعاد (في مستوى) أو ثلاثي الأبعاد (في الفضاء)) ؛

— إلكتروني، الذي يعرض توزيع الإلكترونات في المدارات (مكتوب فقط للعناصر الكيميائية ، وليس للجزيئات).

دعنا نلقي نظرة فاحصة على مثال جزيء الكحول الإيثيلي:

1. أبسط صيغة للإيثانول هي C 2 H 6 O ؛
2. الصيغة الجزيئية للإيثانول هي C 2 H 6 O ؛
3. الصيغة العقلانية للإيثانول - C 2 H 5 OH ؛

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

المهمة	مع احتراق كامل للأكسجين المحتوي على المواد العضوية وزنه 13.8 جرام تلقى 26.4 جرام من ثاني أكسيد الكربون و 16.2 جرام من الماء. أوجد الصيغة الجزيئية لمادة إذا كانت الكثافة النسبية لأبخرتها للهيدروجين تساوي 23.
القرار	لنرسم مخططًا لتفاعل الاحتراق لمركب عضوي ، مع الإشارة إلى عدد ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين بواسطة "x" و "y" و "z" على التوالي: C x H y O z + O z → CO 2 + H 2 O. دعونا نحدد كتل العناصر التي تتكون منها هذه المادة. قيم الكتل الذرية النسبية مأخوذة من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev ، تقريب الأعداد الصحيحة: Ar (C) \u003d 12 amu ، Ar (H) \u003d 1 amu ، Ar (O) \u003d 16 amu. م (C) \u003d n (C) × M (C) \u003d n (CO 2) × M (C) \u003d × M (C) ؛ م (ح) \u003d ن (ح) × م (ح) \u003d 2 × ن (ح 2 س) × م (ح) \u003d × م (ح) ؛ دعونا نحسب الكتل المولية ثاني أكسيد الكربون والماء. كما تعلم ، الكتلة المولية للجزيء تساوي مجموع الكتل الذرية النسبية للذرات التي يتكون منها الجزيء (M \u003d Mr): M (CO 2) \u003d Ar (C) + 2 × Ar (O) \u003d 12+ 2 × 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44 جم / مول ؛ M (H 2 O) \u003d 2 × Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 × 1 + 16 \u003d 2 + 16 \u003d 18 جم / مول. م (ج) \u003d × 12 \u003d 7.2 جم ؛ م (ح) \u003d 2 × 16.2 / 18 × 1 \u003d 1.8 جرام. م (O) \u003d م (C × H y O z) - م (ج) - م (ح) \u003d 13.8 - 7.2 - 1.8 \u003d 4.8 جم. دعنا نحدد الصيغة الكيميائية للمركب: x: y: z \u003d m (C) / Ar (C): m (H) / Ar (H): m (O) / Ar (O) ؛ س: ص: ض \u003d 7.2 / 12: 1.8 / 1: 4.8 / 16 ؛ س: ص: ض \u003d 0.6: 1.8: 0.3 \u003d 2: 6: 1. ومن ثم ، فإن أبسط صيغة للمركب هي C 2 H 6 O والكتلة المولية هي 46 جم / مول. يمكن تحديد قيمة الكتلة المولية للمادة العضوية باستخدام كثافة الهيدروجين الخاصة بها: مادة M \u003d M (H 2) × D (H 2) ؛ مادة M \u003d 2 × 23 \u003d 46 جم / مول. مادة M / M (C 2 H 6 O) \u003d 46/46 \u003d 1. إذن ، فإن صيغة المركب العضوي ستكون على هيئة C 2 H 6 O.
إجابة	ج 2 ح 6 س

مثال 2

المهمة	نسبة كتلة الفوسفور في أحد أكاسيده هي 56.4٪. كثافة بخار الأكسيد في الهواء 7.59. حدد الصيغة الجزيئية للأكسيد.
القرار	يتم حساب الجزء الكتلي للعنصر X في جزيء تكوين HX بالصيغة التالية: ω (X) \u003d n × Ar (X) / M (HX) × 100٪. نحسب الكسر الكتلي للأكسجين في المركب: ω (O) \u003d 100٪ - ω (P) \u003d 100٪ - 56.4٪ \u003d 43.6٪. دعونا نحدد عدد مولات العناصر المكونة للمركب عن طريق "x" (الفوسفور) ، "y" (الأكسجين). بعد ذلك ، ستبدو النسبة المولية على النحو التالي (سيتم تقريب قيم الكتل الذرية النسبية ، المأخوذة من الجدول الدوري لـ DI Mendeleev ، إلى أعداد صحيحة): x: y \u003d ω (P) / Ar (P): ω (O) / Ar (O) ؛ س: ص \u003d 56.4 / 31: 43.6 / 16 ؛ س: ص \u003d 1.82: 2.725 \u003d 1: 1.5 \u003d 2: 3. هذا يعني أن أبسط صيغة لمركب الفوسفور مع الأكسجين سيكون لها شكل P 2 O 3 والكتلة المولية 94 جم / مول. يمكن تحديد قيمة الكتلة المولية للمادة العضوية باستخدام كثافتها في الهواء: مادة M \u003d هواء M × هواء ؛ مادة M \u003d 29 × 7.59 \u003d 220 جم / مول. لإيجاد الصيغة الحقيقية لمركب عضوي ، نجد نسبة الكتل المولية الناتجة: مادة M / M (P 2 O 3) \u003d 220/94 \u003d 2. هذا يعني أن مؤشرات ذرات الفوسفور والأكسجين يجب أن تكون أعلى مرتين ، أي سيكون لصيغة المادة شكل P 4 O 6.
إجابة	ص 4 يا 6

حسنًا ، لإكمال معرفتي بالكحول ، سأقدم لك أيضًا صيغة لمادة أخرى معروفة - الكوليسترول. لا يعلم الجميع أنه كحول أحادي الهيدرات!

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

قمت بتمييز مجموعة الهيدروكسيل فيه باللون الأحمر.

الأحماض الكربوكسيلية

يعرف أي صانع نبيذ أنه يجب إبقاء النبيذ بعيدًا عن الهواء. وإلا فسوف يتحول إلى تعكر. لكن الكيميائيين يعرفون السبب - إذا أضفت ذرة أكسجين أخرى إلى الكحول ، تحصل على حمض.
لنلقِ نظرة على الصيغ الحمضية التي تم الحصول عليها من الكحوليات التي نعرفها بالفعل:

مستوى			صيغة الهيكل العظمي	الصيغة الإجمالية
حمض الميثانويك (حمض الفورميك)	H / C` | O | \\ OH	HCOOH	يا // \\ أوه
حمض الإيثانيك (حمض الاسيتيك)	H-C-C\\ O-H ؛ ح | # ج | ح	CH3-COOH	/ `| س | \\ أوه
حمض البروبانويك (حمض ميثيل أسيتيك)	H-C-C-C\\ O-H ؛ ح | # 2 | ح ؛ ح | # 3 | ح	CH3-CH2-COOH	\\ / `| س | \\ أوه
حمض البوتانويك (حمض البيوتيريك)	H-C-C-C-C\\ O-H ؛ ح | # 2 | ح ؛ ح | # 3 | ح ؛ ح | # 4 | ح	CH3-CH2-CH2-COOH	/ \\ / `| س | \\ أوه
صيغة معممة	(R) -C\\ O-H	(R) -COOH أو (R) -CO2H	(R) / `| O | \\ OH

السمة المميزة للأحماض العضوية هي وجود مجموعة الكربوكسيل (COOH) ، والتي تعطي هذه المواد خصائص حمضية.

كل من جرب الخل يعرف أنه حامض جدًا. والسبب في ذلك هو وجود حمض الأسيتيك فيه. عادةً ما يحتوي خل المائدة على ما بين 3 و 15٪ حمض أسيتيك ، والباقي (غالبًا) ماء. تناول حمض الأسيتيك غير المخفف يهدد الحياة.

يمكن أن تحتوي الأحماض الكربوكسيلية على مجموعات كربوكسيل متعددة. في هذه الحالة يطلق عليهم: ثنائي القاعدة, ثلاثي الأساسية إلخ...

هناك العديد من الأحماض العضوية الأخرى في الطعام. هنا فقط بعض منهم:

يتوافق اسم هذه الأحماض مع الأطعمة التي توجد فيها. بالمناسبة ، لاحظ أن هناك أحماض تحتوي أيضًا على مجموعة هيدروكسيل ، والتي تتميز بالكحول. تسمى هذه المواد أحماض هيدروكسي كربوكسيلية (أو أحماض الهيدروكسي).
يوجد أسفل كل حمض علامة تحدد اسم مجموعة المواد العضوية التي تنتمي إليها.

الراديكاليون

الجذور هي مفهوم آخر أثر على الصيغ الكيميائية. ربما تكون الكلمة نفسها معروفة للجميع ، لكن في الكيمياء ، لا علاقة للمتطرفين بالسياسيين ومثيري الشغب والمواطنين الآخرين الذين يشغلون منصبًا نشطًا.
ها هم مجرد أجزاء من الجزيئات. والآن سنكتشف ماهية خصوصيتها ونتعرف على طريقة جديدة لكتابة الصيغ الكيميائية.

أعلاه في النص ، تم ذكر الصيغ المعممة عدة مرات: الكحوليات - (R) -OH والأحماض الكربوكسيلية - (R) -COOH. اسمحوا لي أن أذكركم بأن -OH و -COOH مجموعات وظيفية. لكن R هو الراديكالي. لا عجب أنه تم تصويره على شكل حرف R.

وبشكل أكثر تحديدًا ، يسمى جزء الجزيء الخالي من ذرة هيدروجين بالجذر الأحادي التكافؤ. حسنًا ، إذا طرحت ذرتين من الهيدروجين ، فستحصل على جذري ثنائي التكافؤ.

الراديكاليون في الكيمياء لديهم أسماء خاصة بهم. حتى أن بعضهم حصل على تسميات لاتينية مشابهة لتسميات العناصر. وإلى جانب ذلك ، يمكن أحيانًا الإشارة إلى الجذور في الصيغ بصيغة مختصرة ، تشبه إلى حد كبير الصيغ الإجمالية.
كل هذا موضح في الجدول التالي.

اسم	الصيغة الهيكلية	تعيين	صيغة قصيرة	مثال على الكحول
الميثيل	CH3- ()	أنا	CH3	(لي) -أوه	CH3OH
إيثيل	CH3-CH2- ()	إت	C2H5	(إت) -أوه	C2H5OH
شربوا	CH3-CH2-CH2- ()	العلاقات العامة	C3H7	(العلاقات العامة) -أوه	C3H7OH
آيزوبروبيل	H3C \\ CH (* `/ H3C *) - ()	أنا العلاقات العامة	C3H7	(أنا العلاقات العامة) -أوه	(CH3) 2CH OH
فينيل	`/`=`\//-\\-{}	دكتوراه	C6H5	(دكتوراه) -أوه	C6H5OH

أعتقد أن كل شيء واضح هنا. أريد فقط أن ألفت انتباهكم إلى العمود الذي يقدم أمثلة على الكحوليات. تتم كتابة بعض الجذور بشكل يشبه الصيغة الإجمالية ، لكن المجموعة الوظيفية مكتوبة بشكل منفصل. على سبيل المثال ، يتحول CH3-CH2-OH إلى C2H5OH.
وبالنسبة للسلاسل المتفرعة مثل الأيزوبروبيل ، يتم استخدام الإنشاءات ذات الأقواس.

هناك أيضًا ظاهرة مثل الشوارد الحرة... هؤلاء هم المتطرفون ، الذين انفصلوا لسبب ما عن المجموعات الوظيفية. هذا ينتهك إحدى القواعد التي بدأنا بها دراسة الصيغ: لم يعد عدد الروابط الكيميائية يتوافق مع تكافؤ إحدى الذرات. حسنًا ، أو يمكننا القول أن أحد الروابط يصبح مفتوحًا من طرف واحد. عادة ما تعيش الجذور الحرة لفترة قصيرة ، لأن الجزيئات تميل إلى العودة إلى حالة مستقرة.

التعارف مع النيتروجين. الأمينات

أقترح التعرف على عنصر آخر هو جزء من العديد من المركبات العضوية. عليه نتروجين.
يشار إليه بحرف لاتيني ن وله تكافؤ يساوي ثلاثة.

دعونا نرى ما هي المواد التي يتم الحصول عليها إذا تمت إضافة النيتروجين إلى الهيدروكربونات المألوفة:

مستوى	صيغة هيكلية موسعة	صيغة هيكلية مبسطة	صيغة الهيكل العظمي	الصيغة الإجمالية
أمين الميثان (ميثيلامين)	H-C-N\\ ح ؛ ح | # ج | ح	CH3-NH2	\\ NH2
أمينو إيثان (إيثيلامين)	H-C-C-N\\ H ؛ ح | # ج | ح ؛ ح | # 3 | ح	CH3-CH2-NH2	/ \\ NH2
ديميثيلامين	H-C-N<`|H>-C-H ؛ ح | # -3 | ح ؛ ح | # 2 | ح	$ L (1.3) H / N<_(A80,w+)CH3>\\ dCH3	/ ن<_(y-.5)H>\
أمينوبنزين (الأنيلين)	ح \\ ن| C \\\\ C| ج<\H>"// ج<|H>ج<`/H>`|| ج<`\H>/	NH2 | C \\\\ CH | CH` // C<_(y.5)H>"\\ HC" || HC /	NH2 | \\ | `/` \\ `| / _o
ثلاثي إيثيل أمين	منحدر $ (45) H-C-C / N \\ C-C-H ؛ H | # 2 | H ؛ ح | # 3 | ح ؛ ح | # 5 | ح ؛ ح | # 6 | ح ؛ # N` | ج<`-H><-H>`| ج<`-H><-H>`| ح	CH3-CH2-N<`|CH2-CH3>-CH2-CH3	\\ / ن<`|/>\|

كما خمنت بالفعل من الأسماء ، يتم دمج كل هذه المواد تحت اسم شائع الأمينات... تسمى المجموعة الوظيفية () -NH2 مجموعة امينو... فيما يلي بعض الصيغ العامة للأمينات:

بشكل عام ، لا توجد ابتكارات خاصة هنا. إذا كانت هذه الصيغ واضحة بالنسبة لك ، فيمكنك المشاركة بأمان في مزيد من الدراسة للكيمياء العضوية باستخدام بعض الكتب المدرسية أو الإنترنت.
لكني أود أن أخبركم المزيد عن الصيغ الموجودة في الكيمياء غير العضوية... سترى مدى سهولة فهمها بعد دراسة بنية الجزيئات العضوية.

الصيغ العقلانية

لا ينبغي للمرء أن يستنتج أن الكيمياء غير العضوية أبسط من العضوية. بالطبع ، تميل الجزيئات غير العضوية إلى أن تبدو أبسط بكثير لأنها لا تميل إلى تكوين هياكل معقدة مثل الهيدروكربونات. ولكن بعد ذلك عليك دراسة أكثر من مائة عنصر يتكون منها الجدول الدوري. وتميل هذه العناصر إلى الاندماج وفقًا لخصائصها الكيميائية ، ولكن مع استثناءات عديدة.

لذا ، لن أقول أيًا من هذا. موضوع مقالتي هو الصيغ الكيميائية. ومعهم ، كل شيء بسيط نسبيًا.
غالبا ما تستخدم في الكيمياء غير العضوية الصيغ العقلانية... والآن سنكتشف كيف تختلف عن تلك المألوفة لدينا بالفعل.

بادئ ذي بدء ، دعنا نتعرف على عنصر آخر - الكالسيوم. هذا أيضًا عنصر شائع جدًا.
تم تعيينه كاليفورنيا وله تكافؤ يساوي اثنين. دعونا نرى أي نوع من المركبات يتشكل مع الكربون والأكسجين والهيدروجين المعروف.

مستوى	الصيغة الهيكلية	صيغة عقلانية	الصيغة الإجمالية
أكسيد الكالسيوم	كا \u003d س	CaO
هيدروكسيد الكالسيوم	H-O-Ca-O-H	كاليفورنيا (أوه) 2
كربونات الكالسيوم	منحدر $ (45) Ca` / O \\ C | O` | / O` \\ # 1	كربونات الكالسيوم 3
بيكربونات الكالسيوم	HO / `| O | \\ O / Ca \\ O /` | O | \\ OH	Ca (HCO3) 2
حمض الكربونيك	H | O \\ C | O` | / O` | H.	H2CO3

للوهلة الأولى ، يمكنك أن ترى أن الصيغة المنطقية هي شيء يقع بين الصيغة الهيكلية والصيغة الإجمالية. ولكن حتى الآن ليس من الواضح كيف يتم الحصول عليها. لفهم معنى هذه الصيغ ، عليك التفكير في التفاعلات الكيميائية التي تدخل فيها المواد.

الكالسيوم النقي معدن أبيض ناعم. لا يحدث في الطبيعة. لكن من الممكن شرائه من متجر كيميائي. عادة ما يتم تخزينها في أوعية خاصة بدون وصول للهواء. لأنه في الهواء يتفاعل مع الأكسجين. في الواقع ، لذلك ، لا يحدث في الطبيعة.
إذن ، تفاعل الكالسيوم مع الأكسجين:

2Ca + O2 -\u003e 2CaO

الرقم 2 أمام صيغة المادة يعني أن جزيئين متورطين في التفاعل.
يتم الحصول على أكسيد الكالسيوم من الكالسيوم والأكسجين. هذه المادة أيضًا لا توجد في الطبيعة لأنها تتفاعل مع الماء:

CaO + H2O -\u003e Ca (OH2)

اتضح هيدروكسيد الكالسيوم. إذا نظرت عن كثب إلى صيغتها الهيكلية (في الجدول السابق) ، يمكنك أن ترى أنها تتكون من ذرة كالسيوم واحدة ومجموعتين هيدروكسيل ، وهو ما نعرفه بالفعل.
هذه هي قوانين الكيمياء: إذا كانت مجموعة الهيدروكسيل مرتبطة بمادة عضوية ، فيتم الحصول على الكحول ، وإذا كانت بمعدن ، فيتم الحصول على هيدروكسيد.

لكن هيدروكسيد الكالسيوم لا يحدث أيضًا في الطبيعة بسبب وجود ثاني أكسيد الكربون في الهواء. أعتقد أن الجميع قد سمع عن هذا الغاز. يتشكل أثناء تنفس البشر والحيوانات ، احتراق الفحم والمنتجات النفطية ، أثناء الحرائق والانفجارات البركانية. لذلك ، فهو موجود دائمًا في الهواء. لكنه يذوب جيدًا أيضًا في الماء ، مكونًا حمض الكربونيك:

ثاني أكسيد الكربون + H2O<=> H2CO3

إشارة<=> يقترح أن التفاعل يمكن أن يحدث في كلا الاتجاهين تحت نفس الظروف.

وهكذا ، فإن هيدروكسيد الكالسيوم المذاب في الماء يتفاعل مع حمض الكربونيك ويتحول إلى كربونات الكالسيوم ضعيفة الذوبان:

Ca (OH) 2 + H2CO3 -\u003e CaCO3 "| v" + 2H2O

السهم لأسفل يعني أن المادة تترسب نتيجة التفاعل.
مع مزيد من التلامس بين كربونات الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون في وجود الماء ، تفاعل عكسي لتكوين ملح حمضي - بيكربونات الكالسيوم ، وهو قابل للذوبان في الماء بسهولة

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

تؤثر هذه العملية على صلابة الماء. مع ارتفاع درجة الحرارة ، يتم تحويل البيكربونات مرة أخرى إلى كربونات. لذلك ، في المناطق ذات الماء العسر ، يتشكل الحجم في أقداح الشاي.

تتكون كربونات الكالسيوم بشكل كبير من الطباشير والحجر الجيري والرخام والتوف والعديد من المعادن الأخرى. إنه أيضًا جزء من الشعاب المرجانية وأصداف الرخويات وعظام الحيوانات وما إلى ذلك.
ولكن إذا تم تسخين كربونات الكالسيوم على حرارة عالية جدًا ، فإنها تتحول إلى أكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون.

هذه قصة قصيرة حول دورة الكالسيوم في الطبيعة يجب أن يفسر سبب الحاجة إلى الصيغ المنطقية. لذلك ، تتم كتابة الصيغ المنطقية بحيث تكون المجموعات الوظيفية مرئية. في حالتنا ، هذه هي:

بالإضافة إلى ذلك ، العناصر الفردية - Ca ، H ، O (في الأكاسيد) - هي أيضًا مجموعات مستقلة.

يونس

أعتقد أن الوقت قد حان للتعرف على الأيونات. ربما تكون هذه الكلمة مألوفة لدى الجميع. وبعد دراسة المجموعات الوظيفية ، لا يكلفنا أي شيء لمعرفة ماهية هذه الأيونات.

بشكل عام ، طبيعة الروابط الكيميائية هي أن بعض العناصر تتبرع بالإلكترونات بينما يستقبلها البعض الآخر. الإلكترونات هي جسيمات ذات شحنة سالبة. العنصر الذي يحتوي على مجموعة كاملة من الإلكترونات له شحنة صفرية. إذا تبرع بإلكترون ، تصبح شحنته موجبة ، وإذا قبل ، تصبح سلبية. على سبيل المثال ، يحتوي الهيدروجين على إلكترون واحد فقط ، والذي يتخلى عنه بسهولة ، ويتحول إلى أيون موجب. لهذا ، هناك إدخال خاص في الصيغ الكيميائية:

H2O<=> ح ^ + + أوه ^ -

هنا نرى ذلك كنتيجة التفكك الالكتروليتي ينقسم الماء إلى أيون هيدروجين موجب الشحنة ومجموعة OH سالبة الشحنة. Ion OH ^ - يسمى أيون الهيدروكسيد... لا ينبغي الخلط بينه وبين مجموعة الهيدروكسيل ، وهي ليست أيونًا ، ولكنها جزء من جزيء. تشير علامة + أو - في الزاوية اليمنى العليا إلى شحنة الأيون.
لكن حمض الكربونيك لا يوجد أبدًا كمادة مستقلة. في الواقع ، إنه خليط من أيونات الهيدروجين وأيونات الكربونات (أو أيونات البيكربونات):

H2CO3 \u003d H ^ + + HCO3 ^ -<=> 2H ^ + + CO3 ^ 2-

شحنة أيون الكربونات 2-. هذا يعني أن إلكترونين قد انضموا إليها.

تسمى الأيونات سالبة الشحنة الأنيونات... وتشمل هذه عادة بقايا حمضية.
أيونات موجبة الشحنة - الايونات الموجبة... غالبًا ما تكون هذه هي الهيدروجين والمعادن.

وهنا ربما يمكنك فهم معنى الصيغ المنطقية تمامًا. في نفوسهم ، يتم كتابة الكاتيون أولاً ، متبوعًا بالأنيون. حتى لو كانت الصيغة لا تحتوي على أي رسوم.

ربما خمنت بالفعل أنه يمكن وصف الأيونات ليس فقط بالصيغ المنطقية. هذه هي الصيغة الهيكلية لأنيون البيكربونات:

هنا يتم الإشارة إلى الشحنة مباشرة بجوار ذرة الأكسجين ، التي تلقت إلكترونًا إضافيًا ، وبالتالي فقدت اندفاعة واحدة. ببساطة ، كل إلكترون إضافي يقلل من عدد الروابط الكيميائية الموضحة في الصيغة البنائية. من ناحية أخرى ، إذا كانت بعض عقدة الصيغة الهيكلية تحتوي على علامة + ، فإن لها عصا إضافية. كما هو الحال دائمًا ، يجب توضيح هذه الحقيقة بمثال. ولكن من بين المواد التي نعرفها ، لم يتم العثور على كاتيون واحد يتكون من عدة ذرات.
وهذه المادة هي الأمونيا. غالبًا ما يسمى محلولها المائي الأمونيا وهي جزء من أي مجموعة إسعافات أولية. الأمونيا مركب من الهيدروجين والنيتروجين وله صيغة منطقية NH3. ضع في اعتبارك التفاعل الكيميائي الذي يحدث عند إذابة الأمونيا في الماء:

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

نفس الشيء ، ولكن باستخدام الصيغ الهيكلية:

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

على الجانب الأيمن ، نرى أيونين. تشكلت نتيجة لحقيقة أن ذرة هيدروجين واحدة انتقلت من جزيء ماء إلى جزيء أمونيا. لكن هذه الذرة تحركت بدون إلكترونها. أنيون مألوف لدينا بالفعل - إنه أيون هيدروكسيد. ويسمى الكاتيون الأمونيوم... يعرض خصائص مشابهة للمعادن. على سبيل المثال ، يمكن أن تتحد مع بقايا حمضية. المادة المكونة من مركب الأمونيوم مع أنيون كربونات تسمى كربونات الأمونيوم: (NH4) 2CO3.
فيما يلي معادلة التفاعل لتفاعل الأمونيوم مع أنيون الكربونات ، مكتوبة في شكل صيغ هيكلية:

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

ولكن في هذا الشكل ، يتم تقديم معادلة التفاعل لأغراض التوضيح. عادةً ما تستخدم المعادلات الصيغ المنطقية:

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

نظام هيل

لذلك ، يمكننا أن نفترض أننا درسنا بالفعل الصيغ الهيكلية والعقلانية. ولكن هناك مشكلة أخرى يجب النظر فيها بمزيد من التفصيل. كيف تختلف الصيغ الإجمالية عن الصيغ المنطقية؟
نحن نعلم سبب كتابة الصيغة المنطقية لحمض الكربونيك على هيئة H2CO3 ، وليس خلاف ذلك. (هناك نوعان من الكاتيونات الهيدروجينية أولاً ، متبوعًا بأنيون الكربونات). ولكن لماذا تتم كتابة الصيغة الإجمالية كـ CH2O3؟

من حيث المبدأ ، يمكن اعتبار الصيغة المنطقية لحمض الكربونيك صيغة حقيقية ، لأنه لا توجد عناصر مكررة فيها. على عكس NH4OH أو Ca (OH) 2.
ولكن غالبًا ما يتم تطبيق قاعدة إضافية على الصيغ الإجمالية ، والتي تحدد ترتيب العناصر. القاعدة بسيطة للغاية: ضع الكربون أولاً ، ثم الهيدروجين ، ثم باقي العناصر حسب الترتيب الأبجدي.
لذلك يخرج CH2O3 - الكربون ، الهيدروجين ، الأكسجين. هذا يسمى نظام هيل. يتم استخدامه في جميع الكتب المرجعية الكيميائية تقريبًا. وفي هذه المقالة أيضًا.

قليلا عن نظام easyChem

بدلاً من الخاتمة ، أود أن أتحدث عن نظام easyChem. إنه مصمم بحيث يمكن بسهولة إدراج كل تلك الصيغ التي ناقشناها هنا في النص. في الواقع ، تم رسم جميع الصيغ في هذه المقالة باستخدام easyChem.

لماذا يوجد أي نوع من النظام لاشتقاق الصيغ على الإطلاق؟ النقطة المهمة هي أن الطريقة القياسية لعرض المعلومات في متصفحات الإنترنت هي لغة ترميز النص التشعبي (HTML). يركز على معالجة المعلومات النصية.

يمكن تصوير الصيغ المنطقية والإجمالية بسهولة باستخدام النص. يمكن أيضًا كتابة بعض الصيغ الهيكلية المبسطة في نص ، على سبيل المثال ، الكحول CH3-CH2-OH. على الرغم من أن هذا قد يتطلب HTML لاستخدام الترميز التالي: CH ₃-CH ₂-يا.
هذا بالطبع يخلق بعض الصعوبات ، لكن يمكنك تحملها. لكن كيف تصور الصيغة البنائية؟ من حيث المبدأ ، يمكن استخدام خط أحادي المسافة:

ح ح | | H-C-C-O-H | | H H بالتأكيد لا تبدو جميلة جدًا ، لكنها أيضًا ممكنة.

تظهر المشكلة الحقيقية عند محاولة تصوير حلقات البنزين وعند استخدام الصيغ الهيكلية. لا توجد طريقة أخرى متبقية هنا ، باستثناء توصيل صورة نقطية. يتم تخزين البيانات النقطية في ملفات منفصلة. يمكن أن تتضمن المتصفحات صورًا بتنسيق gif أو png أو jpeg.
مطلوب محرر رسومي لإنشاء مثل هذه الملفات. على سبيل المثال ، Photoshop. لكنني على دراية بالفوتوشوب لأكثر من 10 سنوات ويمكنني أن أقول على وجه اليقين إنه غير مناسب للغاية لتصوير الصيغ الكيميائية.
المحررون الجزيئيون أفضل بكثير في هذه المهمة. ولكن مع وجود عدد كبير من الصيغ ، يتم تخزين كل منها في ملف منفصل ، فمن السهل جدًا الخلط بينها.
على سبيل المثال ، عدد الصيغ في هذه المقالة هو. يتم عرض منها في شكل صور بيانية (الباقي باستخدام أدوات HTML).

يتيح لك EasyChem تخزين جميع الصيغ مباشرة في مستند HTML في شكل نصي. في رأيي ، هذا مريح للغاية.
بالإضافة إلى ذلك ، يتم حساب المعادلات الإجمالية في هذه المقالة تلقائيًا. لأن easyChem يعمل على مرحلتين: أولاً ، يتم تحويل الوصف النصي إلى هيكل معلومات (رسم بياني) ، ومن ثم يمكن تنفيذ إجراءات مختلفة على هذه البنية. من بينها ، يمكن ملاحظة الوظائف التالية: حساب الوزن الجزيئي ، والتحويل إلى صيغة إجمالية ، والتحقق من إمكانية الإخراج في شكل عرض نصي ورسوم بيانية ونص.

وهكذا ، لإعداد هذا المقال ، استخدمت محرر نصوص فقط. علاوة على ذلك ، لم يكن عليّ التفكير في أي الصيغ ستكون رسومية وأيها ستكون نصية.

فيما يلي بعض الأمثلة التي تكشف عن سر إعداد نص مقال: يتم تحويل الأوصاف من العمود الأيسر تلقائيًا إلى صيغ في العمود الثاني.
في السطر الأول ، يكون وصف الصيغة المنطقية مشابهًا جدًا للنتيجة المعروضة. الاختلاف الوحيد هو أن المعاملات العددية تظهر على شكل خط بيني.
في السطر الثاني ، يتم تحديد الصيغة الموسعة بثلاث سلاسل منفصلة مفصولة برمز ؛ أعتقد أنه من السهل ملاحظة أن وصف النص يشبه إلى حد كبير الخطوات المطلوبة لرسم صيغة بالقلم الرصاص على الورق.
يوضح السطر الثالث استخدام الخطوط المائلة باستخدام الحرفين \\ و /. تعني علامة (backtick) أن الخط مرسوم من اليمين إلى اليسار (أو من أسفل إلى أعلى).

يوجد المزيد من الوثائق التفصيلية حول استخدام نظام easyChem هنا.

في هذه المرحلة ، دعني أنهي المقالة وأتمنى لك حظًا سعيدًا في دراسة الكيمياء.

قاموس توضيحي قصير للمصطلحات المستخدمة في المقال

المواد الهيدروكربونية المكونة من الكربون والهيدروجين. وهي تختلف عن بعضها البعض في تركيب الجزيئات. الصيغ الهيكلية هي تمثيلات تخطيطية للجزيئات ، حيث يتم الإشارة إلى الذرات بأحرف لاتينية، والروابط الكيميائية - بشرطة. يمكن أن تكون الصيغ الهيكلية مفصلة ومبسطة وهيكلية. الصيغ الهيكلية الموسعة هي صيغ هيكلية حيث يتم تمثيل كل ذرة كعقدة منفصلة. الصيغ الهيكلية المبسطة هي صيغ هيكلية حيث تتم كتابة ذرات الهيدروجين بجوار العنصر الذي ترتبط به. وإذا تم ربط أكثر من هيدروجين بذرة واحدة ، فسيتم كتابة الكمية كرقم. يمكنك أيضًا القول أن المجموعات تعمل كعقد في الصيغ المبسطة. الصيغ الهيكلية هي صيغ هيكلية حيث يتم تمثيل ذرات الكربون كعقد فارغة. عدد ذرات الهيدروجين المرتبطة بكل ذرة كربون هو 4 ناقص عدد الروابط التي تتلاقى في الموقع. بالنسبة للعقد غير الكربونية ، تنطبق قواعد الصيغ المبسطة. الصيغة الإجمالية (تُعرف أيضًا بالصيغة الحقيقية) هي قائمة بجميع العناصر الكيميائية التي يتكون منها الجزيء ، مع الإشارة إلى عدد الذرات كرقم (إذا كانت هناك ذرة واحدة ، فلن تتم كتابة الوحدة) نظام هيل هو قاعدة تحدد ترتيب الذرات في الإجمالي. الصيغة: يتم وضع الكربون أولاً ، ثم الهيدروجين ، ثم باقي العناصر حسب الترتيب الأبجدي. يستخدم هذا النظام في كثير من الأحيان. وجميع الصيغ الإجمالية في هذه المقالة مكتوبة وفقًا لنظام هيل. المجموعات الوظيفية: مجموعات مستقرة من الذرات المحفوظة في سياق التفاعلات الكيميائية. غالبًا ما يكون للمجموعات الوظيفية أسماء وتأثيرات خاصة بهم الخواص الكيميائية والاسم العلمي للمادة

هناك عدة أنواع من المهام لتحديد صيغة المادة العضوية. عادة ، لا يكون حل هذه المهام صعبًا بشكل خاص ، لكن غالبًا ما يفقد الخريجون نقاطًا في هذه المهمة. هناك عدة أسباب:

1. تصميم غير صحيح
2. الحل ليس طريقة رياضية ، بل طريقة تعداد ؛
3. الصيغة العامة المكونة بشكل غير صحيح للمادة ؛
4. أخطاء في معادلة التفاعل بمشاركة مادة مكتوبة بشكل عام.

أنواع المهام في المهمة C5.

1. تحديد صيغة مادة عن طريق الكسور الكتلية للعناصر الكيميائية أو بالصيغة العامة لمادة ؛
2. تحديد صيغة المادة بواسطة منتجات الاحتراق ؛
3. تحديد صيغة المادة بواسطة الخواص الكيميائية.

المعلومات النظرية اللازمة.

1. الكسر الكتلي لعنصر ما في مادة.
   الكسر الكتلي لعنصر ما هو محتواه في مادة كنسبة مئوية بالوزن.
   على سبيل المثال ، تحتوي مادة تكوين C 2 H 4 على ذرتين من الكربون و 4 ذرات هيدروجين. إذا أخذنا جزيءًا واحدًا من هذه المادة ، فسيكون وزنها الجزيئي مساويًا لـ:
   السيد (C 2 H 4) \u003d 2 12 + 4 1 \u003d 28 amu ويحتوي على 2 12 amu. كربون.

   لإيجاد جزء كتلة الكربون في هذه المادة ، يجب تقسيمه على كتلة المادة بأكملها:
   ω (C) \u003d 12 2/28 \u003d 0.857 أو 85.7٪.
   إذا كانت مادة ما لها الصيغة العامة C x H y O z ، فإن كسور الكتلة لكل ذرة من ذراتها تساوي أيضًا نسبة كتلتها إلى كتلة المادة بأكملها. الكتلة x لذرات C هي - 12x ، وكتلة ذرات H تساوي y ، والكتلة z لذرات الأكسجين هي 16z.
   ثم
   ω (ج) \u003d 12 س / (12 س + ص + 16 ع)

   إذا كتبت هذه الصيغة بشكل عام ، فستحصل على التعبير التالي:

2. أبسط صيغة جزيئية لمادة.

   الصيغة الجزيئية (الحقيقية) - صيغة تعكس العدد الحقيقي للذرات من كل نوع المدرجة في جزيء المادة.
   على سبيل المثال ، C 6 H 6 هي الصيغة الحقيقية للبنزين.
   توضح أبسط صيغة (تجريبية) نسبة الذرات في مادة ما.
   على سبيل المثال ، بالنسبة للبنزين ، النسبة C: H \u003d 1: 1 ، أي أبسط صيغة للبنزين هي C H.
   يمكن أن تتطابق الصيغة الجزيئية مع أبسطها أو أن تكون مضاعفاتها.

   أمثلة.

   إذا تم تقديم الكسور الكتلية للعناصر فقط في المشكلة ، فعند حل المشكلة ، لا يمكن حساب سوى أبسط صيغة للمادة. للحصول على الصيغة الصحيحة للمسألة ، يتم عادةً تقديم بيانات إضافية - الكتلة المولية ، أو الكثافة النسبية أو المطلقة للمادة ، أو البيانات الأخرى التي يمكن استخدامها لتحديد الكتلة المولية للمادة.

3. الكثافة النسبية للغاز X للغاز Y - D لـ Y (X).
   الكثافة النسبية D هي قيمة توضح عدد المرات التي يكون فيها الغاز X أثقل من الغاز Y. ويتم حسابها على أنها نسبة الكتلة المولية للغازين X و Y:
   D poU (X) \u003d M (X) / M (Y)
   غالبا ما تستخدم للحسابات الكثافات النسبية للغازات من حيث الهيدروجين والهواء.
   الكثافة النسبية للغاز X للهيدروجين:
   D بواسطة H 2 \u003d M (غاز X) / M (H 2) \u003d M (غاز X) / 2
   الهواء عبارة عن مزيج من الغازات ، لذلك يمكن حساب متوسط \u200b\u200bالكتلة المولية له فقط. تؤخذ قيمته على أنها 29 جم / مول (بناءً على متوسط \u200b\u200bالتركيب التقريبي).
   وبالتالي:
   د عن طريق الجو. \u003d M (الغاز X) / 29
4. الكثافة المطلقة للغاز في الظروف العادية.

   الكثافة المطلقة للغاز هي كتلة 1 لتر من الغاز في الظروف العادية. يقاس عادة بالجرام / لتر للغازات.
   ρ \u003d م (غاز) / V (غاز)
   إذا تناولت مولًا واحدًا من الغاز ، فقم بما يلي:
   ρ \u003d M / V م ،
   ويمكن إيجاد الكتلة المولية للغاز بضرب الكثافة في الحجم المولي.

5. الصيغ العامة للمواد من فئات مختلفة.
   في كثير من الأحيان لحل المشاكل مع تفاعلات كيميائية من الملائم عدم استخدام الصيغة العامة المعتادة ، ولكن الصيغة التي يتم فيها تحديد رابطة متعددة أو مجموعة وظيفية بشكل منفصل.

   فئة العضوية	الصيغة الجزيئية العامة	صيغة مع مجموعة وظيفية ورابطة متعددة مميزة
   الألكانات	ج ن H 2n + 2	—
   الألكينات	ج ن H 2n	C n H 2n + 1 -CH \u003d CH 2
   ألكين	ج ن H 2n - 2	C n H 2n + 1 -C≡CH
   دينيس	ج ن H 2n - 2	—
   متماثلات البنزين	ج ن H 2n - 6	ج 6 H 5 -C n H 2n + 1
   كحول أحادي الهيدرات مشبع	ج ن H 2n + 2 O	C n H 2n + 1-OH
   كحول متعدد الهيدروكسيل	ج ن H 2n + 2 O x	C n H 2n + 2 - x (OH) x
   الحد من الألدهيدات	ج ن H 2n O
   استرات	ج ن H 2n O 2

تحديد صيغ المواد عن طريق الكسور الكتلية للذرات المدرجة في تكوينها.

يتكون حل هذه المشاكل من جزأين:

• أولاً ، تم العثور على النسبة المولية للذرات في مادة ما - وهي تتوافق مع أبسط صيغة لها. على سبيل المثال ، بالنسبة لمادة تكوين A x B y ، فإن نسبة كميات المواد A و B تتوافق مع نسبة عدد ذراتهما في الجزيء:
  س: ص \u003d ن (أ): ن (ب) ؛
• ثم ، باستخدام الكتلة المولية للمادة ، حدد صيغتها الحقيقية.

مثال 1.
حدد صيغة مادة إذا كانت تحتوي على 84.21٪ C و 15.79٪ H ولها كثافة نسبية في الهواء تبلغ 3.93.

حل المثال 1.

1. لنفترض أن كتلة المادة تساوي 100 جم ، ثم كتلة C تساوي 84.21 جم ، وكتلة H - 15.79 جم.
2. لنجد مقدار مادة كل ذرة:
   ν (C) \u003d م / م \u003d 84.21 / 12 \u003d 7.0175 مول ،
   ν (ح) \u003d 15.79 / 1 \u003d 15.79 مول.
3. تحديد النسبة المولية لذرات C و H:
   C: H \u003d 7.0175: 15.79 (قلل كلا الرقمين إلى رقم أصغر) \u003d 1: 2.25 (اضرب في 4) \u003d 4: 9.
   إذن ، أبسط صيغة هي C 4 H 9.
4. بناءً على الكثافة النسبية ، نحسب الكتلة المولية:
   M \u003d D (هواء) 29 \u003d 114 جم / مول.
   الكتلة المولية المقابلة لأبسط صيغة C 4 H 9 هي 57 جم / مول ، وهي أقل مرتين من الكتلة المولية الحقيقية.
   ومن ثم ، فإن الصيغة الحقيقية هي C 8 H 18.

هناك طريقة أبسط لحل مثل هذه المشكلة ، لكن ، للأسف ، لن يعطي درجة كاملة... لكنها مناسبة للتحقق من الصيغة الصحيحة ، أي مع ذلك يمكنك التحقق من الحل الخاص بك.

الطريقة الثانية:نحسب الكتلة المولية الحقيقية (114 جم / مول) ، ثم نحسب كتل ذرات الكربون والهيدروجين في هذه المادة من خلال كسور الكتلة.
م (ج) \u003d 114 0.8421 \u003d 96 ؛ أولئك. عدد ذرات C 96/12 \u003d 8
م (ح) \u003d 114 0.1579 \u003d 18 ؛ أي أن عدد ذرات H هو 18/1 \u003d 18.
صيغة المادة هي C 8 H 18.

الجواب: ج 8 ح 18.

مثال 2.
حدد صيغة الألكين بكثافة 2.41 جم / لتر في الظروف العادية.

حل المثال 2.

الصيغة العامة لـ alkyne C n H 2n - 2
كيف ، بالنظر إلى كثافة ألكين الغازي ، لإيجاد كتلته المولية؟ الكثافة ρ هي كتلة 1 لتر من الغاز في الظروف العادية.
نظرًا لأن 1 مول من مادة ما يشغل حجم 22.4 لترًا ، فمن الضروري معرفة مقدار 22.4 لترًا من هذا الغاز:
M \u003d (الكثافة ρ) (الحجم المولي V م) \u003d 2.41 جم / لتر 22.4 لتر / مول \u003d 54 جم / مول.
بعد ذلك ، دعنا نؤلف معادلة تربط بين الكتلة المولية و n:

14 ن - 2 \u003d 54 ، ن \u003d 4.
ومن ثم ، فإن alkyne لها الصيغة C 4 H 6.

الجواب: ج 4 ح 6.

مثال 3.
حدد صيغة الألدهيد المحدد إذا كان معروفًا أن 3 10 22 جزيءًا من هذا الألدهيد تزن 4.3 جم.

حل المثال 3.

في هذه المسألة ، يتم إعطاء عدد الجزيئات والكتلة المقابلة. بناءً على هذه البيانات ، نحتاج إلى إيجاد قيمة الكتلة المولية للمادة مرة أخرى.
للقيام بذلك ، عليك أن تتذكر عدد الجزيئات الموجودة في مول واحد من المادة.
هذا هو رقم أفوجادرو: N a \u003d 6.02 10 23 (جزيئات).
هذا يعني أنه يمكنك إيجاد كمية مادة الألدهيد:
ν \u003d N / Na \u003d 3 10 22 / 6.02 10 23 \u003d 0.05 مول,
والكتلة المولية:
M \u003d م / ن \u003d 4.3 / 0.05 \u003d 86 جم / مول.
بعد ذلك ، كما في المثال السابق ، نصنع معادلة ونجد n.
الصيغة العامة للألدهيد المحدد هي C n H 2n O ، أي M \u003d 14n + 16 \u003d 86 ، n \u003d 5.

الجواب: C 5 H 10 O، pentanal.

مثال 4.
تحديد صيغة ثنائي كلورو ألكان المحتوية على 31.86٪ كربون.

مثال الحل 4.

الصيغة العامة لثنائي كلورو ألكان: C n H 2n Cl 2 ، هناك 2 ذرات كلور و n ذرات كربون.
ثم الكسر الكتلي للكربون يساوي:
ω (C) \u003d (عدد ذرات C في جزيء) (الوزن الذري لـ C) / (الوزن الجزيئي لثنائي كلورو ألكان)
0.3186 \u003d ن 12 / (14 ن + 71)
ن \u003d 3 ، مادة - ثنائي كلورو بروبان.

الجواب: C 3 H 6 Cl 2 ، ثنائي كلورو بروبان.

تحديد صيغ المواد بواسطة نواتج الاحتراق.

في مشاكل الاحتراق ، يتم تحديد كميات المواد المدرجة في مادة الاختبار من خلال أحجام وكتل منتجات الاحتراق - ثاني أكسيد الكربون والماء والنيتروجين وغيرها. باقي الحل هو نفسه الموجود في النوع الأول من المشاكل.

مثال 5.
تم حرق 448 مل (غير معروف) هيدروكربون غازي مشبع غير دوري ، وتم تمرير منتجات التفاعل عبر فائض من ماء الجير ، مع تكوين 8 جم من راسب. ما الهيدروكربون الذي تم أخذه؟

حل المثال 5.

1. الصيغة العامة للهيدروكربون غير الدوري المشبع بالغاز (الألكان) هي C n H 2n + 2
   ثم يبدو مخطط تفاعل الاحتراق كما يلي:

   C n H 2n + 2 + О 2 → CO 2 + H 2 O
   من السهل ملاحظة أن احتراق 1 جزيء جرامي من الألكان سيطلق n مول من ثاني أكسيد الكربون.

   نجد كمية مادة الألكان حسب حجمها (لا تنسى تحويل المليلتر إلى لتر!):

   ν (C n H 2n + 2) \u003d 0.488 / 22.4 \u003d 0.02 مول.

2. عندما يتم تمرير ثاني أكسيد الكربون عبر Ca (OH) 2 الجير ، تترسب كربونات الكالسيوم:

   CO 2 + Ca (OH) 2 \u003d CaCO 3 + H 2 O

   كتلة رواسب كربونات الكالسيوم 8 جم ، الكتلة المولية لكربونات الكالسيوم 100 جم / مول.

   ومن ثم ، مقدار الجوهر
   ν (كربونات الكالسيوم 3) \u003d 8/100 \u003d 0.08 مول.
   كمية ثاني أكسيد الكربون هي أيضًا 0.08 مول.

3. كمية ثاني أكسيد الكربون أكبر بأربعة أضعاف من الألكان ، مما يعني أن صيغة الألكان هي C 4 H 10.

الجواب: С 4 Н 10.

مثال 6.
الكثافة النسبية لأبخرة المركب العضوي بالنسبة للنيتروجين هي 2. عندما يتم حرق 9.8 جم من هذا المركب ، يتم تكوين 15.68 لتر من ثاني أكسيد الكربون (غير معروف) و 12.6 جم من الماء. اشتق الصيغة الجزيئية لمركب عضوي.

حل المثال 6.

نظرًا لأن المادة أثناء الاحتراق تتحول إلى ثاني أكسيد الكربون والماء ، فهذا يعني أنها تتكون من ذرات C و H وربما O. لذلك ، يمكن كتابة صيغتها العامة على النحو C x H y O z.

1. يمكننا تدوين مخطط تفاعل الاحتراق (بدون وضع المعاملات):

   С х Н у О z + О 2 → CO 2 + H 2 O

   يذهب كل الكربون من المادة الأصلية إلى ثاني أكسيد الكربون ، ويذهب كل الهيدروجين إلى الماء.

2. نحدد كمية المواد CO 2 و H 2 O ، ونحدد عدد مولات ذرات C و H التي تحتوي عليها:
   ν (CO 2) \u003d V / V م \u003d 15.68 / 22.4 \u003d 0.7 مول.
   يمثل جزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون واحد ذرة C ، مما يعني أن هناك قدرًا من الكربون مثل CO 2.

   ν (ج) \u003d 0.7 مول
   

   يحتوي جزيء ماء واحد اثنان ذرة H تعني كمية الهيدروجين ضعفيمن الماء.
   ν (ح) \u003d 0.7 2 \u003d 1.4 مول.

3. نتحقق من وجود الأكسجين في المادة. للقيام بذلك ، اطرح الكتلتين C و H من كتلة المادة الأولية بأكملها.
   م (ج) \u003d 0.7 12 \u003d 8.4 جم ، م (ح) \u003d 1.4 1 \u003d 1.4 جم
   كتلة المادة الكلية 9.8 جم.
   م (O) \u003d 9.8 - 8.4 - 1.4 \u003d 0أي لا توجد ذرات أكسجين في هذه المادة.
   إذا كان الأكسجين موجودًا في مادة معينة ، فسيكون من الممكن ، حسب كتلته ، إيجاد كمية المادة وحساب أبسط صيغة بناءً على وجود ثلاث ذرات مختلفة.
4. الخطوات الإضافية مألوفة لك بالفعل: البحث عن أبسط الصيغ وحقيقيًا.
   ج: ع \u003d 0.7: 1.4 \u003d 1: 2
   أبسط صيغة هي CH 2.
5. نبحث عن الكتلة المولية الحقيقية من خلال الكثافة النسبية للغاز في النيتروجين (لا تنس أن النيتروجين يتكون من ثنائي الذرة جزيئات N 2 وكتلتها المولية 28 جم / مول):
   م. \u003d D لـ N 2 M (N 2) \u003d 2 28 \u003d 56 جم / مول.
   الصيغة الحقيقية هي CH 2 ، كتلتها المولية هي 14.
   56 / 14 = 4.
   صحيح الصيغة C 4 H 8.

الجواب: ج 4 ح 8.

مثال 7.
حدد الصيغة الجزيئية للمادة ، حيث شكل احتراق 9 جم منها 17.6 جم من ثاني أكسيد الكربون و 12.6 جم من الماء والنيتروجين. الكثافة النسبية لهذه المادة للهيدروجين 22.5. حدد الصيغة الجزيئية للمادة.

حل المثال 7.

1. تحتوي المادة ذرات C ، H و N. نظرًا لعدم إعطاء كتلة النيتروجين في منتجات الاحتراق ، فسيتعين حسابها على أساس كتلة كل المواد العضوية.
   مخطط تفاعل الاحتراق:
   C x H y N z + O 2 → CO 2 + H 2 O + N 2
2. نحدد كمية المواد CO 2 و H 2 O ، ونحدد عدد مولات ذرات C و H التي تحتوي عليها:

   ν (CO 2) \u003d م / م \u003d 17.6 / 44 \u003d 0.4 مول.
   ν (ج) \u003d 0.4 مول.
   ν (H 2 O) \u003d م / م \u003d 12.6 / 18 \u003d 0.7 مول.
   ν (ح) \u003d 0.7 2 \u003d 1.4 مول.

3. أوجد كتلة النيتروجين في مادة البداية.
   للقيام بذلك ، اطرح الكتلتين C و H من كتلة المادة الأولية بأكملها.

   م (ج) \u003d 0.4 12 \u003d 4.8 جرام ،
   م (ح) \u003d 1.4 1 \u003d 1.4 جم

   كتلة المادة الكلية 9.8 جم.

   M (N) \u003d 9 - 4.8 - 1.4 \u003d 2.8 جم ،
   ν (N) \u003d م / م \u003d 2.8 / 14 \u003d 0.2 مول.

4. C: H: N \u003d 0.4: 1.4: 0.2 \u003d 2: 7: 1
   أبسط معادلة هي C 2 H 7 N.
   الكتلة المولية الحقيقية
   M \u003d D لـ H 2 M (H 2) \u003d 22.5 2 \u003d 45 جم / مول.
   يتزامن مع الكتلة المولية المحسوبة لأبسط صيغة. أي أن هذه هي الصيغة الحقيقية للمادة.

الجواب: С 2 Н 7 N.

المثال 8.
تحتوي المادة على C و H و O و S. أثناء احتراق 11 جرامًا منها ، تم إطلاق 8.8 جرام من ثاني أكسيد الكربون ، و 5.4 جرام من H 2 O ، وتحول الكبريت بالكامل إلى كبريتات الباريوم ، التي تحولت كتلتها إلى 23.3 جم. صيغة المادة.

حل المثال 8.

يمكن تمثيل صيغة مادة معينة على النحو التالي: C x H y S z O k. عند الاحتراق ، يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون والماء وثاني أكسيد الكبريت ، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى كبريتات الباريوم. وفقًا لذلك ، يتم تحويل كل الكبريت من مادة البداية إلى كبريتات الباريوم.

1. نجد مقادير مواد ثاني أكسيد الكربون والماء وكبريتات الباريوم والعناصر الكيميائية المقابلة من المادة قيد الدراسة:

   ν (CO 2) \u003d م / م \u003d 8.8 / 44 \u003d 0.2 مول.
   ν (ج) \u003d 0.2 مول.
   ν (H 2 O) \u003d م / م \u003d 5.4 / 18 \u003d 0.3 مول.
   ν (ح) \u003d 0.6 مول.
   ν (BaSO 4) \u003d 23.3 / 233 \u003d 0.1 مول.
   ν (S) \u003d 0.1 مول.

2. نحسب الكتلة المقدرة للأكسجين في مادة البداية:

   م (ج) \u003d 0.2 12 \u003d 2.4 جرام
   م (ح) \u003d 0.6 1 \u003d 0.6 جرام
   م (ق) \u003d 0.1 32 \u003d 3.2 جرام
   م (O) \u003d م المادة - م (ج) - م (ح) - م (س) \u003d 11 - 2.4 - 0.6 - 3.2 \u003d 4.8 جم ،
   ν (O) \u003d م / م \u003d 4.8 / 16 \u003d 0.3 مول

3. نجد النسبة المولية للعناصر في المادة:
   C: H: S: O \u003d 0.2: 0.6: 0.1: 0.3 \u003d 2: 6: 1: 3
   صيغة المادة هي C 2 H 6 SO 3.
   وتجدر الإشارة إلى أننا بهذه الطريقة حصلنا فقط على أبسط صيغة.
   ومع ذلك ، فإن الصيغة الناتجة صحيحة ، لأنه عندما تحاول مضاعفة هذه الصيغة (C 4 H 12 S 2 O 6) ، يتبين أن هناك 12 ذرة H لكل 4 ذرات كربون ، بالإضافة إلى الكبريت والأكسجين ، وهذا أمر مستحيل.

الجواب: C 2 H 6 SO 3.

تحديد صيغ المواد حسب الخواص الكيميائية.

المثال 9.
حدد صيغة الألكاديين إذا كان يمكن أن يتسبب 80 جم من محلول البروم بنسبة 2٪ في تلطيخها.

حل المثال 9.

1. الصيغة العامة للكادين هي C n H 2n - 2.
   دعونا نكتب معادلة التفاعل لإضافة البروم إلى الكادين ، دون أن ننسى ذلك في جزيء ديين اثنين من السندات المزدوجة وبناءً على ذلك ، سوف يدخل 2 مول من البروم في تفاعل مع 1 مول من ديين:
   С n H 2n - 2 + 2Br 2 → С n H 2n - 2 Br 4
2. نظرًا لأن المسألة تعطي الكتلة والنسبة المئوية للتركيز لمحلول البروم الذي تفاعل مع الأدين ، يمكنك حساب كمية مادة البروم المتفاعل:

   M (Br 2) \u003d م الحل ω \u003d 80 0.02 \u003d 1.6 جم
   ν (Br 2) \u003d م / م \u003d 1.6 / 160 \u003d 0.01 مول.

3. نظرًا لأن كمية البروم المتفاعلة أكبر بمرتين من الكادين ، يمكنك إيجاد كمية الديين وكتلته المولية (بما أن كتلته معروفة):

   0,005		0,01
   С n H 2n - 2	+ 2Br 2 →	С n H 2n - 2 Br 4

   M ديين \u003d م / \u003d 3.4 / 0.05 \u003d 68 جم / مول.

4. نجد صيغة الألكاديين وفقًا لصيغها العامة ، معبرة عن الكتلة المولية بدلالة n:

   14 ن - 2 \u003d 68
   ن \u003d 5.

   هذا هو C 5 H 8 خماسي.

الجواب: ج 5 ح 8.

المثال 10.
عند تفاعل 0.74 جم من الكحول أحادي الهيدرات المشبع مع الصوديوم المعدني ، تم إطلاق الهيدروجين بكمية كافية لهدرجة 112 مل من البروبين (غير متوفر). ما هذا الكحول؟

حل المثال 10.

1. الصيغة الخاصة بالكحول الأحادي الهيدريك المحدد هي C n H 2n + 1 OH. من الملائم هنا كتابة الكحول في مثل هذا الشكل الذي يسهل فيه تكوين معادلة التفاعل - أي مع مجموعة OH منفصلة.
2. دعنا نؤلف معادلات التفاعل (يجب ألا ننسى الحاجة إلى معادلة التفاعلات):

   2C n H 2n + 1 OH + 2Na → 2C n H 2n + 1 ONa + H 2
   ج 3 H 6 + H 2 → C 3 H 8

3. يمكنك معرفة كمية البروبين ، ومنه - كمية الهيدروجين. بمعرفة كمية الهيدروجين من خلال التفاعل نجد كمية مادة الكحول:

   ν (C 3 H 6) \u003d V / V م \u003d 0.112 / 22.4 \u003d 0.005 مول \u003d\u003e ν (H 2) \u003d 0.005 مول ،
   ν كحول \u003d 0.005 2 \u003d 0.01 مول.

4. أوجد الكتلة المولية للكحول و n:

   كحول م \u003d م / ν \u003d 0.74 / 0.01 \u003d 74 جم / مول ،
   14 ن + 18 \u003d 74
   14 ن \u003d 56
   ن \u003d 4.

   الكحول - البيوتانول C 4 H 7 OH.

الجواب: C 4 H 7 OH.

المثال 11.
حدد صيغة الإستر ، التحلل المائي لـ 2.64 جم والذي يحرر 1.38 جم من الكحول و 1.8 جم من حمض الكربوكسيل أحادي القاعدة.

حل المثال 11.

1. يمكن تمثيل الصيغة العامة للإستر المكون من كحول وحمض بأعداد مختلفة من ذرات الكربون على النحو التالي:
   C n H 2n + 1 COOC m H 2m + 1
   وفقًا لذلك ، سيكون للكحول الصيغة
   ج م ح 2 م + 1 أوه ،
   وحمض
   C n H 2n + 1 COOH.
   معادلة التحلل المائي إستر:
   C n H 2n + 1 COOC m H 2m + 1 + H 2 O → C m H 2m + 1 OH + C n H 2n + 1 COOH
2. وفقًا لقانون حفظ كتلة المواد ، يكون مجموع كتل المواد الأولية ومجموع كتل نواتج التفاعل متساويين.
   لذلك ، من بيانات المشكلة ، يمكنك إيجاد كتلة الماء:

   M H 2 O \u003d (كتلة الحمض) + (كتلة الكحول) - (كتلة الأثير) \u003d 1.38 + 1.8 - 2.64 \u003d 0.54 جم
   ν H 2 O \u003d m / M \u003d 0.54 / 18 \u003d 0.03 مول

   وفقًا لذلك ، فإن كميات المواد الحمضية والكحولية تساوي أيضًا المول.
   يمكنك إيجاد كتلهم المولية:

   حمض M \u003d م / ν \u003d 1.8 / 0.03 \u003d 60 جم \u200b\u200b/ مول ،
   كحول م \u003d 1.38 / 0.03 \u003d 46 جم / مول.

   نحصل على معادلتين ، ومن بينهما m و n:

   M C n H 2n + 1 COOH \u003d 14n + 46 \u003d 60 ، n \u003d 1 - حمض الخليك
   M C m H 2m + 1 OH \u003d 14m + 18 \u003d 46 ، م \u003d 2 - إيثانول.

   وهكذا ، فإن الإستر المطلوب هو أسيتات الإيثيل ، أسيتات الإيثيل.

الجواب: CH 3 COOC 2 H 5.

المثال 12.
حدد صيغة الحمض الأميني إذا كان بالإمكان الحصول على 11.1 جم من ملح الصوديوم لهذا الحمض عند العمل على 8.9 جم من هيدروكسيد الصوديوم الزائد.

حل المثال 12.

1. الصيغة العامة للحمض الأميني (بافتراض أنه لا يحتوي على أي مجموعات وظيفية أخرى ، باستثناء مجموعة أمينية واحدة ومجموعة كربوكسيل واحدة):
   NH 2 -CH (R) -COOH.
   يمكن كتابتها بطرق مختلفة ، ولكن لتسهيل كتابة معادلة التفاعل ، من الأفضل فصل المجموعات الوظيفية في صيغة الأحماض الأمينية بشكل منفصل.
2. يمكنك كتابة معادلة تفاعل هذا الحمض الأميني مع هيدروكسيد الصوديوم:
   NH 2 -CH (R) -COOH + NaOH → NH 2 -CH (R) -COONa + H 2 O
   كميات مادة الأحماض الأمينية وملح الصوديوم لها متساوية. في الوقت نفسه ، لا يمكننا إيجاد كتلة أي مادة في معادلة التفاعل. لذلك ، في مثل هذه المشاكل ، من الضروري التعبير عن كميات مواد الأحماض الأمينية وأملاحها من حيث الكتل المولية والمساواة بينها:

   M (الأحماض الأمينية NH 2 -CH (R) -COOH) \u003d 74 + M R
   M (أملاح NH 2 -CH (R) -COONa) \u003d 96 + M R
   ν أحماض أمينية \u003d 8.9 / (74 + M R) ،
   ν ملح \u003d 11.1 / (96 + M R)
   8.9 / (74 + م ص) \u003d 11.1 / (96 + م ص)
   م ص \u003d 15

   من السهل رؤية أن R \u003d CH 3.
   يمكن القيام بذلك رياضيًا إذا افترضنا أن R - C n H 2n + 1.
   14 ن + 1 \u003d 15 ، ن \u003d 1. أسس الصيغة الخاصة بحمض الكربوكسيل أحادي القاعدة الذي يحتوي ملح الكالسيوم على 30.77٪ كالسيوم.

   الجزء 2. تحديد صيغة المادة بواسطة نواتج الاحتراق.

   2-1. الكثافة النسبية لأبخرة المركب العضوي من حيث ثاني أكسيد الكبريت هي 2. عندما يتم حرق 19.2 جم من هذه المادة ، يتم تكوين 52.8 جم من ثاني أكسيد الكربون (NU) و 21.6 جم من الماء. اشتق الصيغة الجزيئية لمركب عضوي.

   2-2. عندما تم حرق مادة عضوية بكتلة 1.78 جم مع فائض من الأكسجين ، تم الحصول على 0.28 جم من النيتروجين و 1.344 لتر (NU) CO 2 و 1.26 جم من الماء. تحديد الصيغة الجزيئية للمادة ، مع العلم أن العينة المشار إليها من المادة تحتوي على 1.204 10 22 جزيء.

   2-3. تم تمرير ثاني أكسيد الكربون الناتج عن احتراق 3.4 جم من الهيدروكربون عبر فائض من محلول هيدروكسيد الكالسيوم للحصول على 25 جم من الراسب. اطبع أبسط صيغة للهيدروكربون.

   2-4. أثناء احتراق مادة عضوية تحتوي على C و H والكلور ، تم إطلاق 6.72 لتر (NU) من ثاني أكسيد الكربون ، و 5.4 جم من الماء ، و 3.65 جم من كلوريد الهيدروجين. حدد الصيغة الجزيئية للمادة المحترقة.

   2-5. (USE-2011) ينتج عن احتراق الأمين 0.448 لتر (قياسي) من ثاني أكسيد الكربون و 0.495 جم من الماء و 0.056 لترًا من النيتروجين. حدد الصيغة الجزيئية لهذا الأمين.

   الجزء 3. تحديد صيغة مادة ما عن طريق الخواص الكيميائية.

   3-1. حدد صيغة الألكين إذا عرف أنه 5.6 جرام منه عند إضافة الماء لتكوين 7.4 جرام من الكحول.

   3-2. تتطلب أكسدة 2.9 جم من الألدهيد المشبع إلى حمض 9.8 جم من هيدروكسيد النحاس (II). حدد صيغة الألدهيد.

   3-3. حمض أحادي أحادي الكتلة يزن 3 جم مع زيادة من بروميد الهيدروجين يشكل 6.24 جم من الملح. حدد صيغة الأحماض الأمينية.

   3-4. أثناء تفاعل كحول ثنائي هيدروجين مشبع يزن 2.7 جم مع فائض من البوتاسيوم ، تم إطلاق 0.672 لترًا من الهيدروجين. حدد صيغة الكحول.

   3-5. (USE-2011) أسفرت أكسدة الكحول أحادي الهيدرات المشبع مع أكسيد النحاس (II) عن 9.73 جم من الألدهيد ، و 8.65 جم من النحاس والماء. حدد الصيغة الجزيئية لهذا الكحول.

   الإجابات والتعليقات على المشاكل لحل مستقل.

   1-2. C 3 H 6 (NH 2) 2

   1-3. ج 2 ساعة 4 (COOH) 2

   1-5. (HCOO) 2 Ca - فورمات الكالسيوم ، ملح حمض الفورميك

   2-1. ج 8 ح 16 س

   2-2. ج 3 ح 7 لا

   2-3. С 5 8 (نحسب كتلة الهيدروجين بطرح كتلة الكربون من كتلة الهيدروكربون)

   2-4. C 3 H 7 Cl (لا تنس أن ذرات الهيدروجين لا تحتوي فقط في الماء ، ولكن أيضًا في حمض الهيدروكلوريك)

   3-2. ج 3 ح 6 س

   3-3. ج 2 ح 5 لا 2