Что такое моль. Количество вещества, моль, молярная масса и молярный объем

Вещество

Число молекул
N= N a n

Молярная масса
M=
(рассчитывается по ПСХЭ)

Число молей
n ()=

Масса вещества
m = M n

5моль

Н 2 SO 4

12 ,0 4*10 26

Моль - одно из важнейших понятий в химии, - это, своего рода, звено для перехода из микромира атомов и молекул в обычный макромир граммов и килограммов.

В химии часто приходится считать большие количества атомов и молекул. Для быстрого и эффективного подсчета принято пользоваться методом взвешивания. Но при этом надо знать, вес отдельных атомов и молекул. Для того, чтобы узнать молекулярную массу надо сложить массу всех атомов, входящих в соединение.

Возьмем молекулу воды H 2 O, которая состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Из периодической таблицы Менделеева узнаем, что один атом водорода весит 1,0079 а.е.м. ; один атом кислорода - 15,999 а.е.м. Теперь, чтобы вычислить молекулярную массу воды, надо сложить атомные массы компонентов молекулы воды:

H 2 O = 2·1,0079 + 1·15,999 = 18,015 а.е.м.

Например, для сульфата аммония молекулярная масса будет равна:

Al 2 (SO 4) 3 = 2·26,982 + 3·32,066 + 12·15,999 = 315, 168 а.е.м.

Вернемся опять к повседневной жизни, в которой мы привыкли пользоваться такими понятиями, как пара, десяток, дюжина, сотня. Все это своеобразные единицы измерения определенных объектов: пара ботинок, десяток яиц, сотня скрепок. Подобной единицей измерения в химии является МОЛЬ .

Современная наука с высокой точностью определила число структурных единиц (молекулы, атомы, ионы…), которые содержатся в 1 моле вещества - это 6,022·10 23 - постоянная Авогадро , или число Авогадро .

Все вышесказанное о моле относится к микромиру. Теперь надо увязать понятие моля с повседневным макромиром.

Весь нюанс состоит в том, что в 12 граммах изотопа углерода 12 C содержится 6,022·10 23 атомов углерода, или ровно 1 моль. Таким образом, для любого другого элемента моль выражается количеством граммов, равным атомной массе элемента. Для химических соединений моль выражается количеством граммов, равным молекулярной массе соединения.

Чуть ранее мы выяснили, что молекулярная масса воды равна 18,015 а.е.м. С учетом полученных знаний о моле, можно сказать, что масса 1 моля воды = 18,015 г (т.к., моль соединения - это количество граммов, равных его молекулярной массе). Другими словами, можно сказать, что в 18,015 г воды содержится 6,022·10 23 молекул H 2 O, или 1 моль воды = 1 моль кислорода + 2 моля водорода.

Из приведенного примера понятна связь микромира и макромира через моль:

• n - кол-во вещества, моль;
• N - кол-во частиц;
• N A - число Авогадро, моль -1

Приведем несколько практических примеров использования моля:

Задача №1: Сколько молекул воды содержится в 16,5 молях H 2 O?

Решение: 16,5·6,022·10 23 = 9,93·10 24 молекул.

Задача №2: Сколько молей содержится в 100 граммах H 2 O?

Решение: (100 г/1)·(1 моль/18,015 г) = 5,56 моль.

Задача №3: Сколько молекул содержит 5 г диоксида углерода?

Решение:

1. Определяем молекулярную массу CO 2: CO 2 = 1·12,011 + 2·15,999 = 44,01 г/моль
2. Находим число молекул: (5г/1)·(1моль/44,01г)·(6,022·10 23 /1моль) = 6,84·10 22 молекул CO 2

Понятие моль используют для измерения химических веществ. Выясним особенности этой величины, приведем примеры расчетных заданий с ее участием, определим важность данного термина.

Определение

Моль в химии - это единица вычисления. Она представляет собой количество определенного вещества, в котором находится столько структурных единиц (атомов, молекул), сколько содержится в 12 граммах атома углерода.

Число Авогадро

Количество вещества связано с числом Авогадро, которое составляет 6*10^23 1/моль. Для веществ молекулярного строения считают, что один моль включает именно число Авогадро. Если нужно посчитать число молекул, содержащееся в 2 молях воды, то необходимо умножить 6*10^23 на 2 , получаем 12*10^23 штук. Давайте рассмотрим, какую роль играет моль в химии.

Количество вещества

Вещество, которое состоит из атомов, содержит число Авогадро. Например, для атома натрия это 6*10*23 1/моль. Каково его обозначение? Моль в химии обозначают греческой буквой «ню» или латинской «n». Для проведения математических вычислений, связанных с количеством вещества, используют математическую формулу:

n=N/N(A), где n - количество вещества, N(A) - число Авогадро, N - количество структурных частиц вещества.

При необходимости можно вычислить число атомов (молекул):

Фактическая масса моля называется молярной. Если количество вещества определяют в молях, то величина молярной массы имеет единицы измерения г/моль. В численном выражении она соответствует значению относительной молекулярной массы, которую можно определить путем суммирования относительных атомных масс отдельных элементов.

Например, для того чтобы определить молярную массу молекулы углекислого газа, необходимо провести следующие расчеты:

M (CO2)=Ar(C)+2Ar(O)=12+2*16=44

При вычислении молярной массы оксида натрия получаем:

M (Na2O)=2*Ar(Na)+Ar(O)=2*23+16=62

При определении молярной массы серной кислоты суммируем две относительные атомные массы водорода с одной атомной массой серы и четырьмя относительными атомными массами кислорода. Их значения всегда можно найти в периодической таблице Менделеева. В итоге получаем 98.

Моль в химии позволяет проводить разнообразные расчеты, связанные с химическими уравнениями. Все типовые расчетные задачи в неорганической и органической химии, которые предполагают нахождение массы и объема веществ, решаются именно через моли.

Примеры расчетных задач

Молекулярная формула любого вещества указывает на количество молей каждого элемента, включенного в его состав. Например, один моль фосфорной кислоты содержит три моля атомов водорода, один моль атомов фосфора и четыре моля атомов кислорода. Все достаточно просто. Моль в химии является переходом из микромира молекул и атомов в макросистему с килограммами и граммами.

Задача 1. Определите число молекул воды, содержащихся в 16,5 молях.

Для решения используем связь между числом Авогадро (количество вещества). Получаем:

16,5*6,022*1023 = 9,9*1024 молекул.

Задача 2. Рассчитайте число молекул, содержащихся в 5 г углекислого газа.

Сначала необходимо вычислить молярную массу данного вещества, воспользовавшись ее связью с относительной молекулярной массой. Получаем:

N=5/44*6,023*1023=6,8*1023 молекул.

Алгоритм задач на химическое уравнение

При вычислении массы или продуктов реакции по уравнению используют определенный алгоритм действий. Сначала определяют, какое из исходных веществ в недостатке. Для этого находят их количество в молях. Далее составляют уравнение процесса, обязательно расставляют стереохимические коэффициенты. Над веществами записывают исходные данные, под ними указывают количество вещества, взятое в молях (по коэффициенту). В случае необходимости осуществляют перевод единиц измерения, пользуясь формулами. Далее составляют пропорцию и решают ее математическим способом.

Если предлагается более сложная задача, то предварительно вычисляют массу чистого вещества, убирая примеси, потом уже приступают к определению его количества (в молях). Ни одна задача в химии, связанная с уравнением реакции, не решается без такой величины, как моль. Кроме того с помощью данного термина, легко можно определить количество молекул или атомов, воспользовавшись для таких вычислений постоянным числом Авогадро. Расчетные задания включены в тестовые вопросы по химии для выпускников основной и средней общеобразовательной школы.

В качестве единицы количества вещества в химии используют моль. Моль – количество вещества, содержащее столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов и др.), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12 С. Это число точно определено, составляет 6,02 . 10 23 моль -1 и носит название постоянная Авогадро. Обозначается количество вещества символом n B ; например, n CaO = 2 моль, т.е. количество вещества оксида кальция равно 2 моль, т.е. содержит 2 6,02 . 10 23 =12,04 . 10 23 формульных единиц СаО.

Массу одного моля вещества В называют молярной массой (обозначение М В) . Единицами измерения молярной массы являются г/моль и кг/моль .

Вещество может быть также охарактеризовано относительной молекулярной массой, равной массе молекулы или иной структурной единицы вещества, отнесенной к 1/12 массы одного атома изотопа углерода 12 С (обозначение M r (B)) . Относительная молекулярная масса является величиной безразмерной. Относительные молекулярные массы элементов, называемые обычно относительными атомными массами (А r (B)) , приведены в ПСЭМ. Относительные атомные массы наиболее употребительных элементов необходимо запомнить (табл. 1.2).

Молярная масса вещества В (символ M B , единица – кг/моль) – это масса вещества В (m B), деленная на количество вещества n B , или это масса 1 моль вещества (6,02 . 10 23 формульных единиц вещества (атомов, молекул, ионов, электронов и т.д.)). Молярная масса вещества (М В) численно равна относительной молекулярной массе, например: относительная молекулярная масса натрия M r (Na)=22,98977, а молярная масса натрия равна М Na =22,98977 г/моль. Относительные атомные массы элементов используют для вычисления молярных масс соединений.

Таблица 1.2. Округленные значения относительных атомных масс некоторых элементов

Пример 1.1. Найти молярную массу серной кислоты (H 2 SO 4).

Решение. Молярная масса серной кислоты численно равна сумме двух относительных атомных масс водорода, одной относительной атомной массы серы и четырех относительных атомных масс кислорода и измеряется в граммах на моль (г/моль):

Количество вещества равно отношению массы вещества, выраженной в граммах или килограммах, к молярной массе вещества:

Пример 1.2. Найти количество вещества серной кислоты, если масса серной кислоты составляет 500 г.

Решение.

Согласно закону Авогадро в равных объемах любых газов при одинаковых давлении и температуре содержится одинаковое число молекул. Из закона Авогадро следует, что при температуре 273,15 К (0 о С) и давлении 101325 Па (нормальные условия, н.у.) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 дм 3 (л). Эта величина носит название молярный объем (V B). Объем газа, находящегося при произвольных условиях, может быть приведен к нормальным условиям с использованием формулы Менделеева–Клапейрона

где р – давление газа; V – объем газа; m B – масса газа; М В – молярная масса газа; Т – температура в градусах термодинамической шкалы Кельвина (К); R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль К), или (лкПа)/(мольК) в СИ, или 0,08206 (латм)/(мольК), если давление выражено в атмосферах, или 62,36 (лмм рт. ст.)/(мольК), если давление выражено в мм ртутного столба.

При решении задач возможно использование округлённых значений температуры 273 К и давления 10 5 Па, соответствующих нормальным условиям, а также значения универсальной газовой постоянной 8,3Дж/(мольК),

Пример 1.3. Найти количество вещества углекислого газа, если его объем при нормальных условиях составляет 5 дм 3 .

Решение. Составим пропорцию:

1 моль газа занимает объем 22,4 л,

х моль газа занимает объем 5 л.

;

Постоянная Авогадро может быть использована для нахождения числа формульных единиц вещества*, числа атомов и т.п.

Пример 1.4. Найти число формульных единиц серной кислоты, число атомов водорода, серы и кислорода, содержащихся в 1000 г H 2 SO 4 .

Решение. Найдем количество вещества серной кислоты, используя формулу (1.1):

Составим пропорцию:

1 моль кислоты содержит 6,02 . 10 23 формульных единиц H 2 SO 4 ,

10,2 моль - “ - - “- х - “- - “- .

* Термин «формульная единица» может быть использован в тех случаях, когда термин «молекула» не соответствует реальным структурным единицам вещества. Так, в кристаллическом хлориде натрия невозможно выделить отдельные молекулы NaCl. Поэтому вместо термина «молекула NaCl» правильнее использовать термин «формульная единица NaCl» как отражающий состав соединения. Это применимо и к серной кислоте.

Одна формульная единица серной кислоты содержит 2 атома водорода, следовательно, 1000 г, или 10,2 моль, серной кислоты содержат 26,14 . 10 24 =1,22810 25 атомов водорода. Соответственно число атомов серы и кислорода составит 16,1410 24 =6,14 . 10 24 атомов серы и 46,1410 24 =2,45610 25 атомов кислорода.

Химические формулы

Химические формулы выражают количественный и качественный состав соединения и одновременно обозначают массу, соответствующую 1 моль вещества. Например, формула азотной кислоты HNO 3 означает: 1) это вещество образовано 1 атомом водорода, 1 атомом азота и 3 атомами кислорода или одним ионом водорода (Н +) и одним нитрат-ионом (); 2) на 1 массовую часть водорода в азотной кислоте приходится 14 массовых частей азота и 48 массовых частей кислорода; 3) масса 1 моль азотной кислоты равна 63г; 4) количество вещества азотной кислоты равно 1 моль; 5) 6,0210 23 формульных единиц азотной кислоты содержится в 1 моль этого вещества. Химические формулы используются для разнообразных расчётов.

Пример 1.5. Найти процентное содержание кальция, водорода и кислорода в гидроксиде кальция Са(OН) 2 .

Решение. Найдем молярную массу гидроксида кальция. Для этого в таблице ПСЭМ найдем относительные атомные массы кальция, кислорода и водорода и подставим их в формулу:

Можно также воспользоваться более удобной формулой:

Для нахождения процентного содержания кальция составим пропорцию:

74 г Са(OН) 2 содержат 40 г кальция,

100 г - “ - - “ - х г - “ – .

Следовательно, процентное содержание кальция в Са(OН) 2 составит:

Аналогично находим процентное содержание водорода и кислорода:

74 г Са(OН) 2 содержат 2 г водорода,

100 г - “ - - “ - х г - “ – ,

74 г Са(OН) 2 содержат 32 г кислорода,

100 г - “ - - “ - х г - “ – ,

Проверим правильность вычислений. Суммарное содержание всех трех элементов в гидроксиде кальция составляет:

54,05+2,70+43,24=99,99 %.

Отклонение полученной величины от 100 % на 0,01% связано с округлением результатов.

Пример 1.6. Найти массу одной формульной единицы (молекулы) хлорида натрия (поваренной соли).

Решение.

1 моль NaCl содержит 6,0210 23 формульных единиц (молекул). Молярная масса хлорида натрия составляет

Составим пропорцию:

масса 6,0210 23 молекул NaCl составляет 58,5 г,

масса 1 - “ - - “ - - “ - - “ - х г,

Пример 1.7. Найти простейшую формулу соединения, содержащего (по массе) 40 % углерода, 6,7 % водорода, 53,3 % кислорода, если плотность его паров по водороду составляет 15.

Решение. Обозначим числа атомов углерода, водорода и кислорода в простейшей формуле соединения через x, y и z. Молекулярные массы этих элементов равны 12, 1 и 16. Поэтому массы углерода, водорода и кислорода в составе соединения относятся как 12x:1y:16z. По условиям задачи это отношение равно 40:6,7:53,3. Следовательно,

12x:y:16z=40:6,7:53,3,

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим его члены на меньшее из них:

Таким образом, простейшая формула соединения – СН 2 О. Относительная молекулярная масса соединения М r =12+2+16=30. Относительная молекулярная масса, определенная по относительной плотности, составляет

Следовательно, простейшая и истинная формулы соединения совпадают.

Отметим, что простейшие и истинные формулы веществ совпадают далеко не всегда. Например, простейшая формула глюкозы имеет вид СН 2 О, а истинная – С 6 Н 12 О 6 . Следовательно, простейшая формула отражает только соотношение числа атомов элементов в молекуле (формульной единице), но не число этих атомов в молекуле. Для определения истинной формулы помимо простейшей формулы обязательно определение молярной массы соединения.

Химические уравнения

Химические уравнения показывают вещества, вступающие в химическую реакцию, и образующиеся в результате продукты, а также количественные отношения между всеми участниками реакции. Например, уравнение

2HCl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2H 2 O

означает, что в реакцию вступают 2 моль соляной кислоты и 1 моль гидроксида кальция; образуются 1 моль хлорида кальция и 2 моль воды, а массы исходных веществ и продуктов реакции удовлетворяют соотношению

Пример 1.8. Серная кислота (H 2 SO 4) реагирует с гидроксидом калия по уравнению

H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + 2H 2 O.

Найти массу гидроксида калия, необходимую для реакции с 20 г серной кислоты, и массы сульфата калия и воды, образующиеся в результате реакции.

Решение. Молярные массы участников реакции составляют соответственно 98 (H 2 SO 4); 56 (KOH); 176 (K 2 SO 4) и 8 (H 2 O) г/моль. Из уравнения реакции следует, что 1 моль серной кислоты реагирует с 2 моль гидроксида калия или 98 г H 2 SO 4 взаимодействуют с 256=112 г KOH. Составим пропорцию:

98 г H 2 SO 4 реагируют со 112 г КОН,

20 г - “ - - “ - х г - “ - ,

Аналогично в соответствии с уравнением реакции запишем:

из 98 г H 2 SO 4 образуется 176 г K 2 SO 4 ,

из 20 г - “ - - “ - х г - “ - ,

из 98 г H 2 SO 4 образуется 36 г Н 2 O,

из 20 г - “ - - “ - х г - “ – ,

Пример 1.9. При взаимодействии серной кислоты и карбоната натрия выделилось 5,0 л углекислого газа (н.у.). Найти массы серной кислоты и карбоната натрия, взятые для реакции, а также массу сульфата натрия и воды, образовавшихся в результате реакции.

Решение. Запишем уравнение реакции:

H 2 SO 4 + Na 2 CO 3 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

Из уравнения реакции следует, что в реакцию вступают 1 моль серной кислоты и 1 моль карбоната натрия и образуются по 1 моль сульфата натрия, углекислого газа и воды. Иначе говоря, в реакцию вступают 98 г H 2 SO 4 и 106 г Na 2 CO 3 , а образуются 142 г Na 2 SO 4 , 44 г CO 2 и 18 г H 2 O. 1 моль углекислого газа, или 44 г, занимает при нормальных условиях объем, равный 22, 4 дм 3 (л).

Молярные массы участников реакции составят:

Из уравнения реакции следует:

для получения 22,4 л CO 2 необходимо взять 98 г H 2 SO 4 ,

- “ - - “ - 5 л - “ - - “ - х г - “ - ,

Количество углекислого газа можно выразить в граммах:

масса 22,4 л CO 2 составляет 44 г,

- “ - 5 л - “ - - “ - х г,

,

и при последующих вычислениях использовать массу газа, а не объём.

Основываясь на уравнении реакции, найдём массы Na 2 CO 3 , Na 2 SO 4 и H 2 O.

Для получения 44 г CO 2 необходимо взять 106 г Na 2 CO 3 ,

при получении 44 г CO 2 образуется 142 г Na 2 SO 4 ,

- “ - - “ - 9,82 г - “ - - “ - х г - “ – ,

при получении 44 г CO 2 образуется 18 г H 2 O,

- “ - - “ - 9,82 г - “ - - “ - х г - “ –,

.

Контрольные задачи

1. Найдите количество вещества азотной кислоты, если её масса составляет 100 г.

Ответ: 1,59 моль.

2. Найдите количество вещества азота, если его объем при нормальных условиях составляет 15 дм 3 .

Ответ: 0,67 моль.

3. Найдите число формульных единиц гидрокарбоната кальция, число атомов кальция, водорода, углерода и кислорода, содержащихся в 300 г Ca(HCO 3) 2 .

Ответ:

4. Найдите процентное содержание магния, азота и кислорода в нитрате магния Mg(NO 3) 2 .

Ответ: ω Mg =16,2; ω N =18,9;ω О =64,9 %.

5.Найдите массу одной молекулы хлора.

Ответ:1,18 . 10 -22 г.

6. Найдите массу гидроксида кальция, необходимую для реакции с 10 г хлороводорода, и массы хлорида кальция и воды, образующиеся в результате реакции

2HCl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2H 2 O.

Ответ:

7. Найдите массы оксида кальция, воды и объем углекислого газа, образующиеся при термическом разложении 200 г гидрокарбоната кальция по реакции

Сa(HCO 3) 2 =CaO+H 2 O+2 CO 2 .

Ответ:

8. Найдите массы карбоната натрия и хлорида кальция, необходимые для получения 10 г карбоната кальция по реакции

Na 2 CO 3 + СаCl 2 = СаCO 3 ↓ + 2NaCl.

Ответ:

9. Найдите объём газообразного аммиака (н.у.) и массу серной кислоты, необходимые для получения 50 г сульфата аммония по реакции 2NH 3 + H 2 SO 4 =(NH 4) 2 SO 4 .

Ответ:

Строение атома

Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро состоит из заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Число протонов равно порядковому номеру элемента в ПСЭМ. Например, порядковый номер кальция в ПСЭМ равен 20, следовательно, ядро кальция содержит 20 протонов. Число нейтронов определяется как разность между атомной массой изотопа элемента и его порядковым номером. Например, порядковый номер углерода в ПСЭМ равен 6, следовательно, ядро изотопа углерода 12 С содержит 12 – 6 = 6 нейтронов, а изотоп углерода 14 С содержит 14 – 6 = 8 нейтронов. Атомные массы элементов, приведенные в ПСЭМ, представляют собой средние атомные массы природной смеси различных изотопов элементов, поэтому эти величины не всегда могут быть использованы для нахождения числа нейтронов в ядре атома.

Заряд протона принято считать положительным. Он численно равен заряду электрона, который принято считать отрицательным. Атомы элементов электронейтральны, следовательно, число электронов в атоме равно числу протонов в ядре и равно порядковому номеру элемента в ПСЭМ.

Электроны в атоме образуют электронные уровни и подуровни. Число электронных уровней атома равно номеру периода в ПСЭМ, в котором располагается элемент . Например, элемент калий находится в четвертом периоде, следовательно, его электроны располагаются на 4 электронных уровнях. Электронные уровни могут быть обозначены целыми положительными числами от 1 до 7, что соответствует числу периодов в ПСЭМ. Эти числа носят название главного квантового числа , которое обозначается буквой n. В пределах электронного уровня электроны располагаются на электронных подуровнях . Максимально возможное число электронных подуровней на данном электронном уровне равно номеру уровня, однако в действительности число электронных уровней не превышает четырёх. Например, на 3-м электронном уровне может быть 3 электронных подуровня, а на 5-м и 6-м уровнях имеется только по 4 подуровня. Электронные подуровни обозначаются буквами латинского алфавита s ,p ,d ,f и носят название орбитального или побочного квантового числа . На 1-м электронном уровне имеется только один электронный подуровень – s. Это записывается как 1s. На втором электронном уровне находятся 2 электронных подуровня s и p. Эти подуровни обозначаются как 2s и 2p. Соответственно на 3-м электронном уровне электроны располагаются на трёх подуровнях – 3s, 3p и 3d, а на 4-м – на четырёх подуровнях – 4s, 4p, 4d и 4f. Максимальное количество электронов на s-подуровне составляет 2, на p-подуровне – 6, на d-подуровне – 10, а на f-подуровне – 14. Количество электронов, находящихся на электронном подуровне, обозначается правым верхним индексом. Например, если на р-подуровне 2-го электронного уровня находятся 3 электрона, то это записывается как 2p 3 , а 7 электронов на d-подуровне 3-го электронного уровня обозначаются как 3d 7 .

Если на электронном уровне находятся несколько подуровней, то электроны в первую очередь заполняют s-подуровень, затем – p-подуровень, далее – d-подуровень и в последнюю очередь – f-подуровень. Распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням называется электронной формулой элемента.

Пример 1.10. Записать электронную формулу атома элемента хлор .

Решение. Порядковый номер хлора в ПСЭМ равен 17, следовательно, ядро атома хлора содержит 17 протонов и нейтральный атом имеет 17 электронов. Хлор находится в 3-м периоде ПСЭМ, следовательно, электроны расположены на трех электронных уровнях. На 1-м уровне имеется только один электронный подуровень s, на котором могут находиться максимально 2 электрона (1s 2). На 2-м уровне имеются 2 подуровня – s и p, на которых могут располагаться максимально 2 и 6 электронов, (соответственно (2s 2 и 2p 6)). На 3-м уровне могут быть 3 подуровня – s, p и d. Но на этом уровне у атома хлора находятся только 17-(2+2+6)=7 электронов. Два из них находятся на s- подуровне(3s 2) и 5 – на p-подуровне (3p 5). Таким образом, электронная формула хлора будет иметь вид 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .

Электронные формулы первых 20 элементов ПСЭМ приведены в табл. 1.3.

Отметим, что изложенное применимо в полной мере только к элементам первых трёх периодов ПСЭМ.

Периодическая система

Периодический закон Д.И. Менделеева формулируется так: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов.

Таблица периодического закона (табл.1.4) состоит из 8 вертикальных колонок, называемых группами , и 7 горизон-

тальных строк, называемых периодами . Группы состоят из 2

подгрупп, называемых главными и побочными. Главные подгруппы начинаются с элементов 1-го или 2-го периода

(водорода, гелия, лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода, фтора),а побочные – с элементов 4-го периода (скандия,

Таблица 1.3.Электронные формулы элементов ПСЭМ

титана, ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта, никеля, меди и цинка). Периоды делятся на малые (1,2 и 3-й) и боль- шие (4,5,6 и 7-й). Малые периоды состоят из одного ряда,а большие – из двух рядов. Кроме того, две группы элементов (лантаниды и актиниды) располагаются отдельно, в нижней части таблицы.

Элементы, находящиеся в одной группе и одной подгруппе, обладают большим сходством химических свойств.

Это связано с тем, что химические свойства элементов определяются в значительной степени числом электронов на внешней электронной оболочке, а элементы из одной группы и подгруппы имеют одинаковое число электронов на внешней электронной оболочке и аналогичное строение этой оболочки.

Таблица 1.4.Периодическая система элементов Д.И. Менделеева

* Л А Н Т А Н И Д Ы

Например, азот и фосфор находятся в главной подгруппе 5-й группы. На внешней оболочке каждого из этих элементов находится по 5 электронов, а строение внешних оболочек выражается формулами 2s 2 2p 3 (N) и 3s 2 3p 2 (Р). Число электронов на внешней электронной оболочке определяет способность атома образовывать соединения с другими атомами посредством химических связей. Один электрон на внешней оболочке может обычно образовывать одну химическую связь. Так, азот и фосфор могут образовывать 5 связей, а литий и натрий, у которых на внешней оболочке находится только по одному электрону (2s 1 – Li и 3s 1 – Na), образуют по одной связи. Атом химического элементаможет образовывать или постоянное, или переменное число связей. Например, кальций всегда образует только 2 связи, а азот может образовывать 1, 2, 3, 4 или 5 связей. Образование химических связей может сопровождаться потерей электронов атомом. В этом случае говорят, что атом проявляет положительную степень окисления (СО) . Примерами могут быть литий, натрий, калий, магний, кальций. Эти элементы в химических реакциях всегда отдают электроны, т.е. проявляют положительные СО . Атомы ряда элементов, напротив, в химических реакциях принимают электроны и проявляют отрицательные СО. Примерами могут быть кислород и фтор. Очень многие элементы, в зависимости от конкретной реакции, могут как отдавать, так и принимать электроны.

Часть элементов могут проявлять только одну СО, равную номеру группы. Эта СО называется высшей СО элемента. К таким элементам относятся, например, литий, натрий, магний, кальций, алюминий. Другие элементы помимо высшей СО могут проявлять и другие, низшие, СО. Например, фосфор может проявлять СО +5 и +3, а сера – +6 и +4.

Исключениями из элементов главных подгрупп являются фтор, который проявляет только СО, равную -1, а также гелий, неон и аргон, которые химических соединений не образуют, т.е. их СО равна нулю.

Степень окисления является важнейшим свойством элемента, определяющим его химические свойства. Основные СО ряда элементов ПСЭМ приведены в табл. 1.5.

Степень окисления элемента может быть использована для составления формулы химического соединения.

Таблица 1.5. Основные степени окисления некоторых элементов ПСЭМ

Пример 1.11. Составить формулы соединений с кислородом натрия, магния, алюминия, кремния, фосфора, серы и хлора в высших степенях окисления.

Решение. Сумма СО элементов в соединении, состоящем из двух элементов (бинарное соединение ), должна быть равна нулю. Следовательно, формула оксида натрия будет иметь вид Na 2 O, т.е. сумма СО атома кислорода (-2) и сумма СО двух атомов натрия будет равна нулю. Аналогично получим формулы оксидов других элементов: MgO; Al 2 O 3 ; SiO 2 ; P 2 O 5 ; SO 3 ; Cl 2 O 7 .

Очевидно, что все элементы, находящиеся в одной и той же подгруппе, будут иметь аналогичные формулы высших оксидов, например, элементы 5-й группы главной подгруппы (азот, мышьяк, сурьма и висмут) будут иметь высшие оксиды состава N 2 O 5 , As 2 O 5 , Sb 2 O 5, Bi 2 O 5 .

1.8. Контрольные вопросы и задачи

1. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержит атом изотопа 25 Mg? Ответ: 12, 13, 12.

2. Какие из следующих элементов на внешнем уровне имеют 2 р-электрона (натрий, углерод, фосфор, сера, кальций, кремний) ?

Ответ: углерод, кремний.

3. Запишите электронную формулу элемента, имеющего в ПСЭМ порядковый номер 15.

Ответ: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .

4. Составьте формулу соединения мышьяка с серой, если СО мышьяка равна +5, а серы – - 2.

Ответ: As 2 S 5 .

5. Найдите СО серы в соединении Al 2 S 3 .