Химия 8 класс: Основы неорганической химии

Первоначальные химические понятия и строение атома

Добро пожаловать в удивительный мир химии! Это первая статья нашего курса, и мы начнем с самого фундамента. Химия — это наука о веществах, их свойствах и превращениях. Но что такое вещество? Из чего состоит всё, что нас окружает? Почему железо ржавеет, а золото — нет? Ответы на эти вопросы кроются в строении мельчайших частиц материи.

Тела и вещества

В повседневной жизни мы часто путаем понятия «предмет» и «материал». В химии для этого есть строгие определения: физическое тело и вещество.

* Физическое тело — это любой предмет, который имеет форму и объем. Это может быть стакан, гвоздь, капля воды или даже планета. * Вещество — это то, из чего состоит физическое тело.

Рассмотрим простой пример. У нас есть алюминиевая ложка. Ложка — это физическое тело. Алюминий — это вещество. Если мы возьмем стеклянный стакан, то стакан — это тело, а стекло — вещество.

!Схема, показывающая различие между предметами (телами) и материалами (веществами), из которых они сделаны

Одно и то же тело может состоять из разных веществ (линейка может быть деревянной, пластмассовой или стальной). И наоборот, из одного вещества можно сделать разные тела (из стекла делают посуду, оконные рамы, линзы).

Физические и химические явления

Мир вокруг нас постоянно меняется. Вода замерзает, дрова горят, молоко скисает. Все эти изменения называются явлениями. Химия четко разделяет их на две группы.

Физические явления

Это изменения, при которых меняется форма или агрегатное состояние вещества, но не меняется его состав. Новые вещества не образуются.

Примеры: * Таяние льда (вода была твердой, стала жидкой, но это всё та же вода ). * Измельчение сахара в пудру (меняется размер частиц, но вкус и состав остаются прежними). * Испарение спирта.

Химические явления (реакции)

Это изменения, в результате которых из одних веществ образуются новые вещества с другими свойствами.

Примеры: * Горение бумаги (бумага превращается в золу и дым). * Ржавление железа (блестящий металл превращается в рыжий рыхлый порошок). * Скисание молока.

!Иллюстрация различия между кипением воды (изменение состояния) и горением дров (образование новых веществ)

Как понять, что произошла химическая реакция? Существуют признаки химических реакций:

Выделение или поглощение тепла (и света).

Изменение цвета.

Появление запаха.

Выделение газа.

Выпадение осадка.

Атомы: кирпичики мироздания

Еще древнегреческий философ Демокрит предполагал, что если делить вещество на всё более мелкие части, то рано или поздно мы дойдем до частицы, которую нельзя разделить. Он назвал её атом (от греческого «неделимый»).

Сегодня мы знаем, что атом — это мельчайшая химически неделимая частица вещества. Однако физически атом имеет сложное строение. Он похож на миниатюрную солнечную систему.

Строение атома

В центре атома находится крошечное, но очень тяжелое ядро. Вокруг ядра, подобно планетам вокруг Солнца, вращаются электроны.

Протоны () — находятся в ядре, имеют положительный заряд и массу, принятую за .

Нейтроны () — находятся в ядре, не имеют заряда (нейтральны) и имеют массу, принятую за .

Электроны () — вращаются вокруг ядра, имеют отрицательный заряд и ничтожно малую массу (почти по сравнению с протонами).

!Схематичное изображение строения атома: ядро с протонами и нейтронами и электронные оболочки

Важнейшее правило: Атом в целом электронейтрален. Это значит, что число плюсов (протонов) всегда равно числу минусов (электронов).

Где — число протонов, а — число электронов.

Химические элементы

Представьте, что протоны — это паспорт атома. Именно количество протонов определяет, каким именно элементом является атом. Все атомы с одинаковым зарядом ядра (числом протонов) относятся к одному виду.

> Химический элемент — это определенный вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.

Например: * Если в ядре 1 протон — это Водород (). * Если в ядре 6 протонов — это Углерод (). * Если в ядре 8 протонов — это Кислород ().

Каждый элемент имеет свое название и символ (химический знак). Эти символы предложил шведский химик Йенс Якоб Берцелиус. Они происходят от латинских названий элементов. Например, Ferrum — железо (), Cuprum — медь ().

Молекулы

Атомы редко существуют поодиночке. Обычно они соединяются друг с другом, образуя молекулы.

* Простые вещества состоят из атомов одного вида (одного химического элемента). Например, газ кислород () состоит из двух атомов элемента кислорода. * Сложные вещества состоят из атомов разных видов. Например, вода () состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Относительная атомная масса

Атомы невероятно малы. Их реальная масса настолько ничтожна, что использовать её в расчетах (например, кг) крайне неудобно. Поэтому химики придумали «химические весы».

Они договорились сравнивать массу любого атома с частью массы атома углерода. Эту единицу назвали атомной единицей массы (а.е.м.).

Величина, показывающая, во сколько раз масса атома данного элемента больше массы атома углерода, называется относительной атомной массой. Она обозначается символом (индекс от английского relative — относительный).

Формула для понимания:

Где: * — относительная атомная масса элемента (безразмерная величина). * — реальная (абсолютная) масса атома элемента. * — реальная масса атома углерода.

Вам не нужно каждый раз считать это по формуле. Значения относительных атомных масс уже вычислены и указаны в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Обычно мы округляем их до целых чисел.

Примеры: * (Водород — самый легкий элемент). * (Кислород в 16 раз тяжелее части атома углерода). * (Сера в 2 раза тяжелее кислорода).

Исключение составляет хлор, его массу принято брать как .

Заключение

Сегодня мы заложили первый камень в фундамент вашего химического образования. Мы узнали, что весь мир состоит из веществ, вещества — из молекул, а молекулы — из атомов. Мы выяснили, что атом имеет сложное строение и что именно заряд ядра определяет, к какому элементу относится атом. В следующих статьях мы подробнее изучим язык химии — химические формулы.

Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

В предыдущей статье мы познакомились с алфавитом химии — атомами и химическими элементами. Мы узнали, что каждый элемент имеет свой уникальный «паспорт» — заряд ядра (количество протонов) и атомную массу. Но представьте себе библиотеку, где тысячи книг свалены в одну кучу. Найти нужную информацию там невозможно. Точно так же в середине XIX века химики знали уже более 60 элементов, но не понимали, как они связаны друг с другом. В мире элементов царил хаос.

Навести порядок в этом хаосе удалось великому русскому ученому Дмитрию Ивановичу Менделееву. Сегодня мы изучим один из фундаментальных законов природы — Периодический закон.

История открытия: от хаоса к порядку

К 1869 году ученые уже пытались классифицировать элементы. Они замечали, что некоторые металлы (например, литий, натрий, калий) ведут себя очень похоже: они мягкие, бурно реагируют с водой. Другие элементы (хлор, бром, йод) тоже похожи друг на друга. Но объединить все известные элементы в единую систему никому не удавалось.

Д.И. Менделеев выбрал в качестве главной характеристики элемента его атомную массу (тогда говорили «атомный вес»). Он выписал свойства всех известных элементов на карточки и начал раскладывать их в порядке возрастания атомной массы.

И тут произошло чудо: он заметил, что свойства элементов повторяются через определенные промежутки!

!Схематичное изображение периодичности: свойства элементов повторяются подобно нотам в октаве или дням недели.

Формулировка Периодического закона (историческая)

1 марта 1869 года Менделеев сформулировал закон так:

> Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

Что значит «периодическая зависимость»? Это значит, что свойства меняются плавно, а затем резко возвращаются к исходным. Представьте времена года: температура плавно растет от зимы к лету, затем падает к зиме, и цикл повторяется снова. Так и в химии: от активного металла свойства меняются к неметаллу, а затем снова скачком переходят к активному металлу.

Периодическая система (Таблица Менделеева)

Графическим отображением Периодического закона является Периодическая система химических элементов. Это «дом», в котором «живут» все элементы. У каждого элемента есть своя «квартира» — клетка с порядковым номером.

Таблица состоит из горизонтальных рядов и вертикальных столбцов.

Периоды

Горизонтальные ряды называются периодами. Всего их 7.

* Малые периоды: 1-й, 2-й и 3-й. Они состоят из одного ряда элементов. * Большие периоды: 4-й, 5-й, 6-й и 7-й. Они состоят из двух рядов.

В каждом периоде (слева направо) происходит закономерное изменение свойств:

Начинается период всегда щелочным металлом (активным металлом).

Затем металлические свойства ослабевают, появляются амфотерные (двойственные) свойства.

Затем нарастают неметаллические свойства.

Заканчивается период инертным газом (благородным газом).

Пример 2-го периода: * Литий () — активный металл. * Бериллий () — металл. * Бор () — неметалл (с некоторыми свойствами полупроводника). * Углерод (), Азот (), Кислород () — типичные неметаллы. * Фтор () — самый активный неметалл. * Неон () — инертный газ.

Группы

Вертикальные столбцы называются группами. В классическом коротком варианте таблицы их 8 (обозначаются римскими цифрами от I до VIII).

Группы делятся на две подгруппы:

Главная подгруппа (А): содержит элементы и малых, и больших периодов.

Побочная подгруппа (Б): содержит элементы только больших периодов (это всегда металлы).

В главных подгруппах элементы обладают сходными химическими свойствами. Например, все элементы группы I (главной подгруппы) — литий, натрий, калий и др. — называются щелочными металлами. Сверху вниз в группах металлические свойства усиливаются.

!Наглядная схема изменения металлических и неметаллических свойств в таблице.

Гениальность предсказаний

Когда Менделеев строил таблицу, многих элементов еще не знали. Если элемент не подходил по свойствам, Менделеев не пытался «втиснуть» его силой, а оставлял пустую клетку. Он утверждал: «Здесь должен быть элемент, который еще не открыт».

Самый известный пример — эка-алюминий. Менделеев предсказал существование элемента, похожего на алюминий, описал его плотность, температуру плавления и формулу оксида. Через несколько лет французский химик Лекок де Буабодран открыл новый металл — Галлий (). Его свойства в точности совпали с предсказаниями Менделеева.

Это стало триумфом Периодического закона.

Современная формулировка закона

Внимательные ученики могут заметить в таблице странности. Например, Аргон () имеет массу , а следующий за ним Калий () — . Если следовать правилу «по возрастанию массы», Калий должен стоять раньше Аргона. Но тогда активный металл попал бы к инертным газам, а газ — к металлам. Менделеев нарушил свой же принцип массы ради сохранения смысла свойств.

Почему так происходит? Ответ дала физика XX века, когда было изучено строение атома.

Главная характеристика атома — это не масса, а заряд ядра (количество протонов). Атомная масса может варьироваться из-за изотопов (атомов одного элемента с разным количеством нейтронов), но заряд ядра всегда постоянен для элемента.

Порядковый номер элемента в таблице имеет глубокий физический смысл:

Где — порядковый номер элемента, — число протонов в ядре, — число электронов вокруг ядра.

Современная формулировка Периодического закона:

> Свойства химических элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер.

Физический смысл номера периода и группы

Теперь мы можем связать строение атома (из прошлой статьи) с местом элемента в таблице. Это ключ к пониманию всей химии 8 класса.

1. Номер периода

Номер периода показывает число энергетических уровней (электронных слоев), по которым распределяются электроны в атоме.

* Водород () в 1-м периоде у него 1 электронный слой. * Натрий () в 3-м периоде у него 3 электронных слоя.

2. Номер группы (для главных подгрупп)

Номер группы показывает число электронов на внешнем (последнем) уровне. Эти электроны называются валентными.

* Натрий () в I группе на внешнем слое 1 электрон. * Хлор () в VII группе на внешнем слое 7 электронов.

Именно внешние электроны определяют свойства атома. Теперь понятно, почему свойства повторяются: когда начинается новый период, начинает заполняться новый слой, но количество внешних электронов снова пробегает от 1 до 8.

!Сравнение атомов одной группы: разный размер, но одинаковая "одежда" (внешний слой).

Как пользоваться таблицей: итоговый алгоритм

Возьмем для примера Фосфор ().

Находим его в таблице: порядковый номер 15.

Заряд ядра: (так как номер 15).

Число протонов: .

Число электронов: .

Атомная масса: .

Число нейтронов: находим по формуле . , где — число нейтронов, — массовое число, — число протонов.

Положение: 3-й период, V группа (главная подгруппа).

Строение: 3 электронных слоя (так как 3-й период), 5 электронов на внешнем слое (так как V группа).

Заключение

Периодическая система — это не просто таблица на стене кабинета химии. Это карта всего материального мира. Зная место элемента в этой карте, вы можете предсказать его строение и свойства, даже не проводя экспериментов. В следующих статьях мы научимся использовать эти знания для составления химических формул и понимания того, как атомы соединяются друг с другом.

Химическая связь, строение вещества и степень окисления

Мы продолжаем наше путешествие по миру химии. В прошлых статьях мы разобрали, как устроены атомы и как пользоваться Периодической системой Д.И. Менделеева. Мы выяснили, что электроны вращаются вокруг ядра по слоям, и что свойства элемента зависят от количества электронов на внешнем слое.

Но задумывались ли вы, почему в природе почти не встречаются одиночные атомы? Почему кислород в воздухе летает парами (), а соль на вашей кухне — это соединение натрия и хлора ()? Почему атомы вообще соединяются друг с другом?

Сегодня мы ответим на эти вопросы, изучив химическую связь, узнаем, почему одни вещества твердые, а другие газообразные, и научимся считать степень окисления.

Почему атомы образуют связи?

Вспомните инертные газы из VIII группы (гелий, неон, аргон). Они практически ни с кем не реагируют. Почему? Потому что их внешний электронный слой завершен. У них там находится 8 электронов (у гелия — 2). Это состояние идеальной стабильности и покоя.

Все остальные атомы «завидуют» инертным газам. Они тоже хотят иметь 8 электронов на внешнем слое (это называется «правило октета»). Чтобы достичь этой цели, атомы могут:

Отдавать свои электроны.

Забирать чужие электроны.

Объединять свои электроны с соседями.

Именно этот процесс обмена или объединения электронов и приводит к образованию химической связи.

Электроотрицательность: перетягивание каната

Прежде чем разбирать типы связей, нужно познакомиться с понятием электроотрицательность (ЭО).

> Электроотрицательность — это способность атома притягивать к себе общие электронные пары.

Представьте, что два атома играют в перетягивание каната. Канат — это электроны. Тот, кто сильнее, перетянет электроны к себе.

* Фтор () — самый сильный элемент, «чемпион» по электроотрицательности. Он никому не отдает свои электроны. * Металлы (особенно щелочные, как , , ) — самые слабые. Они легко отдают электроны.

В Периодической таблице электроотрицательность растет слева направо и снизу вверх (к фтору).

!Схема роста электроотрицательности в таблице Менделеева

Типы химической связи

В зависимости от того, насколько сильно отличаются партнеры по силе (электроотрицательности), возникают разные типы связей.

1. Ковалентная связь

Слово «ковалентная» происходит от латинского co (совместно) и vales (имеющий силу). Это связь, возникающая за счет образования общих электронных пар.

Этот тип связи характерен для неметаллов.

#### А) Ковалентная неполярная связь Возникает между атомами одного и того же неметалла. У них одинаковая сила, поэтому никто не может перетянуть одеяло на себя. Электроны находятся ровно посередине.

Примеры: , , , , .

#### Б) Ковалентная полярная связь Возникает между атомами разных неметаллов. Один атом сильнее (электроотрицательнее) другого. Он смещает общую пару электронов к себе, но не забирает её насовсем.

Примеры: , , , .

В молекуле хлороводорода () хлор сильнее водорода. Он подтягивает электроны к себе. В результате на хлоре возникает частичный отрицательный заряд (), а на водороде — частичный положительный ().

2. Ионная связь

Возникает между атомами, которые очень сильно отличаются по силе: между типичным металлом и типичным неметаллом.

Неметалл настолько силен, что просто забирает электрон у металла. В результате образуются заряженные частицы — ионы.

* Атом, отдавший электрон (металл), становится положительным ионом — катионом. * Атом, принявший электрон (неметалл), становится отрицательным ионом — анионом.

Разноименно заряженные ионы притягиваются друг к другу. Это и есть ионная связь.

Примеры: , , , .

!Иллюстрация различий между ковалентной неполярной, полярной и ионной связями

3. Металлическая связь

Характерна для металлов и сплавов. В куске металла атомы расположены плотно. Они легко отдают свои внешние электроны, которые становятся «общими» для всего куска металла. Эти электроны свободно перемещаются между ионами металла, словно «электронный газ».

Именно благодаря этому металлы проводят ток и тепло, а также обладают металлическим блеском.

Кристаллические решетки: строение вещества

То, какая связь внутри вещества, определяет его строение и физические свойства. Твердые вещества имеют упорядоченную структуру — кристаллическую решетку.

1. Ионная решетка

* У кого: Вещества с ионной связью (соли, щелочи). Например, поваренная соль (). * В узлах решетки: Ионы ( и ). * Свойства: Твердые, прочные, тугоплавкие (трудно расплавить), нелетучие (не имеют запаха), хрупкие. Растворы и расплавы проводят ток.

2. Атомная решетка

* У кого: Некоторые вещества с ковалентной связью. Примеры: алмаз (), графит (), кремний (), кварцевый песок (). * В узлах решетки: Атомы, прочно связанные ковалентными связями. * Свойства: Очень твердые, очень тугоплавкие, нерастворимые в воде.

3. Молекулярная решетка

* У кого: Большинство веществ с ковалентной связью (жидкости и газы при обычных условиях, а также некоторые твердые тела). Примеры: вода (лед) , сахар, йод , «сухой лед» . В узлах решетки: Целые молекулы. Связи между молекулами слабые, хотя внутри* молекул — прочные. * Свойства: Летучие (часто имеют запах), легкоплавкие, мягкие.

4. Металлическая решетка

* У кого: Металлы и сплавы. * Свойства: Ковкие, пластичные, проводят тепло и ток, имеют блеск.

Степень окисления

Чтобы составлять химические формулы, химики используют понятие степень окисления.

> Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения, что все связи являются ионными (то есть электроны полностью перешли к более электроотрицательному атому).

Степень окисления записывается над символом элемента со знаком (плюс или минус) перед цифрой: , , .

Основные правила определения степени окисления:

У простых веществ степень окисления всегда равна 0.

В , , , никто ни у кого не забирает электроны. Заряд равен .

Суммарная степень окисления в молекуле всегда равна 0.

Молекула электронейтральна. Сумма всех плюсов равна сумме всех минусов.

Постоянные степени окисления (нужно запомнить):

* Фтор (): всегда . * Кислород (): почти всегда (исключения редки, например, в перекиси водорода он ). * Водород (): почти всегда (с металлами может быть ). * Металлы I группы (главной подгруппы): всегда (). * Металлы II группы (главной подгруппы): всегда (). * Алюминий (): всегда .

Как вычислить степень окисления неизвестного элемента?

Рассмотрим на примере оксида серы ().

Мы знаем, что у кислорода степень окисления . Обозначим степень окисления серы за .

Формула выглядит так: .

Составим уравнение. У нас один атом серы и три атома кислорода. Сумма должна быть равна нулю.

Где — заряд серы, — заряд одного кислорода, — количество атомов кислорода.

Ответ: степень окисления серы в равна .

Пример посложнее: Серная кислота ().

Расставим известные степени окисления: .

Составим уравнение:

Где — общий заряд от двух атомов водорода, — заряд серы, — общий заряд от четырех атомов кислорода.

Ответ: степень окисления серы .

Заключение

Сегодня мы узнали, что атомы соединяются, чтобы стать стабильными, как инертные газы. Мы разобрали три главных типа связи: ковалентную (дружба неметаллов), ионную (грабеж неметаллом металла) и металлическую. Мы также научились определять тип кристаллической решетки и считать степень окисления. Эти навыки станут вашим главным инструментом в следующей теме, где мы начнем изучать классы неорганических соединений: оксиды, кислоты, основания и соли.

Основные классы неорганических соединений: оксиды, основания, кислоты и соли

В предыдущих статьях мы научились определять степень окисления и поняли, как атомы соединяются друг с другом. Теперь представьте, что вы зашли в огромный супермаркет. Если бы товары там лежали в одной куче — хлеб вперемешку с мылом, а яблоки с гвоздями — вы бы никогда ничего не нашли. Поэтому товары рассортированы по отделам: «Молочные продукты», «Бытовая химия», «Овощи».

В химии существует более 100 миллионов веществ. Чтобы не запутаться в этом многообразии, ученые разделили их на классы. Сегодня мы изучим четыре главных «отдела» неорганической химии: оксиды, основания, кислоты и соли.

!Иллюстрация классификации веществ по группам

1. Оксиды

Это самый простой класс соединений, с которым мы сталкиваемся каждый день. Вода, песок, углекислый газ — всё это оксиды.

> Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, одним из которых является кислород со степенью окисления .

Общая формула оксидов

Где: * — любой химический элемент (кроме фтора); * — кислород; * и — индексы, которые зависят от валентности (степени окисления) элемента.

Как называть оксиды?

Название строится очень просто: слово «оксид» + название элемента в родительном падеже. Если элемент имеет переменную валентность, её обязательно указывают в скобках римской цифрой.

Примеры: * — оксид натрия (у натрия валентность всегда I, указывать не нужно). * — оксид меди (II) (так как медь здесь двухвалентна). * — оксид меди (I). * — оксид серы (VI).

Классификация оксидов

Оксиды делятся на две большие группы:

Основные оксиды — образованы металлами с низкой валентностью (I, II). Примеры: (негашеная известь), , .

Кислотные оксиды — образованы неметаллами или металлами с высокой валентностью (V, VI, VII). Примеры: (углекислый газ), , .

2. Основания (Гидроксиды)

Если вы когда-нибудь держали в руках кусок мыла и чувствовали, что он скользкий, — вы сталкивались со свойствами щелочной среды. Основания — это «антиподы» кислот.

> Основания — это сложные вещества, состоящие из атомов металла и одной или нескольких гидроксогрупп ().

Группа имеет заряд и называется гидроксильной группой.

Общая формула оснований

Где: * — металл; * — гидроксогруппа; * — число групп , которое равно степени окисления (валентности) металла.

Как называть основания?

Слово «гидроксид» + название металла. Если нужно, указываем валентность.

Примеры: * — гидроксид натрия (в быту — едкий натр). * — гидроксид кальция (гашеная известь). * — гидроксид железа (III) (основной компонент ржавчины).

!Модели молекул оснований

Классификация оснований

Самое важное деление оснований — по растворимости в воде:

Щелочи — растворимые в воде основания. Это очень едкие вещества! К ним относятся гидроксиды металлов I и II групп (кроме бериллия и магния). Примеры: , , .

Нерастворимые основания. Примеры: (голубой осадок), (бурый осадок).

> Важно: Никогда не трогайте щелочи руками! Они вызывают сильные химические ожоги.

3. Кислоты

Лимон кислый из-за лимонной кислоты, кефир — из-за молочной, а в желудке у нас вырабатывается соляная кислота. Все кислоты объединяет кислый вкус (но пробовать их в лаборатории категорически запрещено) и наличие атомов водорода.

> Кислоты — это сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на металл, и кислотного остатка.

Общая формула кислот

Где: * — атом водорода (заряд ); * — кислотный остаток (Acid residue); * — число атомов водорода, равное заряду кислотного остатка.

Таблица важнейших кислот

Эту таблицу нужно выучить наизусть, как таблицу умножения. Она понадобится вам на каждом уроке химии.

| Формула кислоты | Название кислоты | Кислотный остаток | Название солей | | :--- | :--- | :--- | :--- | | | Соляная (хлороводородная) | (хлорид) | Хлориды | | | Серная | (сульфат) | Сульфаты | | | Азотная | (нитрат) | Нитраты | | | Угольная | (карбонат) | Карбонаты | | | Фосфорная | (фосфат) | Фосфаты |

Индикаторы

Как узнать кислоту, не пробуя её на вкус? Для этого есть вещества-хамелеоны — индикаторы. Самый известный — лакмус. * В кислой среде лакмус становится красным. * В щелочной среде лакмус становится синим. * В нейтральной (вода) — фиолетовым.

!Изменение цвета лакмуса в разных средах

4. Соли

Соли — это самый многочисленный класс веществ. Поваренная соль (), мел (), сода () — всё это соли.

> Соли — это сложные вещества, состоящие из атомов металла и кислотных остатков.

По сути, соль — это продукт «брака» между кислотой и основанием. Металл приходит от основания, а кислотный остаток — от кислоты.

Общая формула солей

Где: * — металл; * — кислотный остаток; * и — индексы, которые ставятся по правилу валентности (или зарядов ионов).

Как называть соли?

Название строится так: Название кислотного остатка + название металла (в родительном падеже).

Примеры:

: Кислотный остаток — хлорид. Металл — натрий. Название: Хлорид натрия.

: Кислотный остаток — сульфат. Металл — медь (валентность II). Название: Сульфат меди (II).

: Кислотный остаток — карбонат. Металл — кальций. Название: Карбонат кальция.

Как составить формулу соли?

Допустим, нам нужно написать формулу фосфата кальция.

Пишем рядом символы металла и кислотного остатка: ... .

Сверху подписываем их заряды (или валентности). У кальция (II группа) заряд . У фосфата (из кислоты ) заряд (так как было 3 водорода).

Находим наименьшее общее кратное для 2 и 3. Это 6.

Делим 6 на заряд кальция (2) получаем индекс 3.

Делим 6 на заряд фосфата (3) получаем индекс 2.

Записываем индексы:

Обратите внимание: если сложный кислотный остаток берется несколько раз, мы берем его в скобки.

Генетическая связь

Все эти классы связаны между собой. Из металла можно получить основный оксид, из него — основание, а из основания — соль. То же самое с неметаллами.

Пример:

Где — кальций, — оксид кальция, — гидроксид кальция, — карбонат кальция.

Заключение

Теперь вы знаете четыре главных класса неорганических соединений. Оксиды — это соединения с кислородом. Основания — это металл с гидроксогруппой. Кислоты — это водород с кислотным остатком. А соли — это металл с кислотным остатком. В следующих статьях мы будем подробно изучать химические свойства каждого класса и писать уравнения реакций.

Типы химических реакций и расчеты по химическим уравнениям

Мы уже прошли большой путь: изучили атомы, поняли, как они соединяются в молекулы, и познакомились с основными классами веществ — оксидами, кислотами, основаниями и солями. Но химия — это не просто коллекция баночек с веществами на полке. Химия — это действие. Вещества постоянно взаимодействуют друг с другом, превращаясь во что-то новое.

Сегодня мы узнаем, как записывать эти превращения на бумаге, какие бывают типы реакций и, самое главное, научимся предсказывать, сколько продукта мы получим, если смешаем определенные ингредиенты. Мы превратимся из наблюдателей в инженеров.

Закон сохранения массы веществ

В XVIII веке химия больше напоминала кулинарию: смешал одно с другим, нагрел — что-то получилось. Но великие ученые — русский Михаил Васильевич Ломоносов и француз Антуан Лоран Лавуазье — заметили удивительную закономерность. Если проводить реакцию в закрытом сосуде, то вес этого сосуда не меняется, что бы внутри ни происходило.

Так был сформулирован Закон сохранения массы веществ:

> Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате реакции.

Почему так происходит? Вспомните атомную теорию. Химическая реакция — это не исчезновение атомов, а их перегруппировка. Атомы не возникают из ниоткуда и не исчезают в никуда. Они просто меняют своих партнеров.

Химическое уравнение

Чтобы записать химическую реакцию, мы используем химическое уравнение. Это краткая запись процесса с помощью формул и знаков.

Рассмотрим горение водорода:

В этой записи есть две части:

Реагенты (слева) — вещества, которые вступают в реакцию ( и ).

Продукты (справа) — вещества, которые образуются ().

Коэффициенты и индексы

Очень важно не путать две цифры: Индекс (маленькая цифра внизу справа, например, в ) — показывает число атомов внутри* молекулы. Индексы менять нельзя! Если вы измените индекс, вы получите другое вещество (например, — это уже перекись, а не вода). * Коэффициент (большая цифра перед формулой, например, перед ) — показывает число отдельных молекул. Коэффициенты мы ставим сами, чтобы уравнять реакцию.

!Визуальное различие между количеством атомов в молекуле и количеством самих молекул

Алгоритм расстановки коэффициентов

Возьмем реакцию образования ржавчины (оксида железа III):

Считаем атомы слева и справа. Слева: , . Справа: , .

Начинаем с самого сложного элемента или с того, где нечетное число атомов. У нас кислорода справа 3, а слева 2. Чтобы уравнять, найдем наименьшее общее кратное (6).

Ставим коэффициент перед и перед . Теперь кислорода везде по 6.

Теперь считаем железо. Справа его стало . Значит, слева перед ставим .

Проверяем: (4 слева, 4 справа), (6 слева, 6 справа). Уравнение составлено верно.

Типы химических реакций

Несмотря на миллионы возможных реакций, большинство из них можно разделить на четыре основных типа по количеству и составу реагентов и продуктов.

1. Реакция соединения

Это процесс, при котором из нескольких простых или сложных веществ образуется одно более сложное вещество.

Схема:

Примеры: * Горение угля: * Гашение извести:

2. Реакция разложения

Это процесс, при котором из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ (простых или сложных).

Схема:

Примеры: * Разложение воды током: * Разложение мела при нагревании:

3. Реакция замещения

Это реакция между простым и сложным веществом, при которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.

Схема:

Пример: Если опустить железный гвоздь в раствор медного купороса, гвоздь покроется красным налетом меди.

Железо () более активно, чем медь (), поэтому оно «выгоняет» медь из соли и занимает её место.

4. Реакция обмена

Это реакция между двумя сложными веществами, при которой они обмениваются своими составными частями.

Схема:

Пример: Реакция нейтрализации (кислота + щелочь):

Натрий встал на место водорода, а водород — на место натрия.

!Аналогия типов химических реакций с танцующими парами для легкого запоминания

Количество вещества: Моль

Прежде чем перейти к расчетам, нам нужно познакомиться с главной единицей измерения в химии.

Атомы слишком малы, чтобы считать их поштучно. Поэтому химики считают их «пачками». Такая «пачка» называется моль.

> 1 моль — это порция вещества, которая содержит частиц (атомов или молекул). Это число называется числом Авогадро.

Это как «десяток» для яиц, только число очень большое.

Молярная масса

Сколько весит 1 моль вещества? Это легко узнать из таблицы Менделеева. Масса 1 моля вещества в граммах численно равна его относительной молекулярной массе.

Обозначается буквой . Единица измерения: г/моль.

Примеры: * г/моль. * г/моль. * г/моль.

Формула для расчета количества вещества

Где: * — количество вещества (моль); * — масса вещества (г); * — молярная масса (г/моль).

Расчеты по химическим уравнениям

Химическое уравнение — это рецепт. Коэффициенты в уравнении показывают соотношение молей реагирующих веществ.

Рассмотрим уравнение:

Коэффициенты говорят нам: «Чтобы получить 2 моль воды, нужно взять 2 моль водорода и 1 моль кислорода».

Задача

Какая масса оксида магния () образуется при полном сгорании г магния ()?

Алгоритм решения

Шаг 1. Записать уравнение реакции и расставить коэффициенты.

Шаг 2. Перевести известные данные в моли. Нам дана масса магния г. Найдем молярную массу магния по таблице Менделеева: г/моль.

Шаг 3. Составить пропорцию по уравнению. Смотрим на коэффициенты в уравнении. Перед стоит коэффициент . Перед тоже стоит коэффициент .

Это значит, что количество моль магния и оксида магния равны.

(Если бы коэффициенты были разными, мы бы использовали пропорцию. Например, если бы из 2 моль получался 1 моль, мы бы разделили на 2).

Шаг 4. Перевести моли ответа обратно в массу. Нам нужно найти массу . Сначала найдем его молярную массу. г/моль.

Теперь используем формулу массы:

Где: * — искомая масса; * — количество вещества (2 моль); * — молярная масса (40 г/моль).

Ответ: Образуется 80 г оксида магния.

Заключение

Сегодня мы научились читать и писать химические уравнения, различать типы реакций и проводить расчеты. Теперь вы знаете, что коэффициенты в уравнении — это не просто цифры, а инструкция по количеству моль. В следующей статье мы углубимся в свойства самого распространенного растворителя на Земле — воды, и изучим понятие растворов.