Состав простых и сложных веществ химики всего мира отражают очень красиво и лаконично в виде химических формул. Химические формулы - это аналоги слов, которые записывают с помощью букв - знаков химических элементов.
Выразим с помощью химических символов состав самого распространённого вещества на Земле - воды. В молекулу воды входят два атома водорода и один атом кислорода. Теперь переведём это предложение в химическую формулу, используя химические символы (водорода - Н и кислорода - О). Число атомов в формуле запишем с помощью индексов - цифр, стоящих внизу справа от химического символа (индекс 1 для кислорода не пишут): Н 2 0 (читают «аш-два-о»).
Формулы простых веществ водорода и кислорода, молекулы которых состоят из двух одинаковых атомов, записывают так: Н 2 (читают «аш-два») и 0 2 (читают «о-два») (рис. 26).
Рис. 26.
Модели молекул и формулы кислорода, водорода и воды
Чтобы отразить число молекул, используют коэффициенты, которые пишут перед химическими формулами: например, запись 2СО 2 (читают «два-цэ-о-два») означает две молекулы углекислого газа, каждая из которых состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода.
Аналогично записывают коэффициенты, когда указывают число свободных атомов химического элемента. Например, нам нужно записать выражение: пять атомов железа и семь атомов кислорода. Делают это следующим образом: 5Fe и 7О.
Размеры молекул, а тем более атомов настолько малы, что их невозможно рассмотреть даже в лучшие оптические микроскопы, дающие увеличение в 5-6 тысяч раз. Их невозможно рассмотреть и в электронные микроскопы, дающие увеличение в 40 тысяч раз. Естественно, что ничтожно малому размеру молекул и атомов соответствуют и ничтожно малые их массы. Учёные рассчитали, например, что масса атома водорода равна 0,000 000 000 000 000 000 000 001 674 г, что можно представить как 1,674 10 -24 г, масса атома кислорода равна 0,000 000 000 000 000 000 000 026 667 г, или 2,6667 10 -23 г, масса атома углерода равна 1,993 10 -23 г, а масса молекулы воды равна 3,002 10 -23 г.
Рассчитаем, во сколько раз масса атома кислорода больше массы атома водорода, самого лёгкого элемента:
Аналогично, масса атома углерода больше массы атома водорода в 12 раз:
Рис. 27. Масса атома углерода равна массе 12 атомов водорода
Масса молекулы воды больше массы атома водорода в 18 раз (рис. 28). Эти величины показывают, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше массы атома водорода, т. е. являются относительными.
Рис. 27. Масса атома воды равна массе 18 атомов водорода
В настоящее время учёные-физики и учёные-химики придерживаются мнения, что относительная атомная масса элемента - это величина, показывающая, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода. Относительную атомную массу обозначают Аr, где r - начальная буква английского слова relative, что означает «относительный». Например, А r (0) = 16, А r (С) = 12, A r (H) = 1.
Каждый химический элемент имеет своё значение относительной атомной массы (рис. 29). Значения относительных атомных масс химических элементов указаны в соответствующих им клетках таблицы Д. И. Менделеева.
Рис. 29.
Каждый элемент имеет свое значение относительной атомной массы
Аналогично, относительную молекулярную массу вещества обозначают М r , например М r (Н 2 0) = 18.
Относительная атомная масса элемента А r и относительная молекулярная масса вещества М r - величины, которые не имеют единиц измерения.
Чтобы узнать относительную молекулярную массу вещества, не обязательно делить массу его молекулы на массу атома водорода. Нужно просто сложить относительные атомные массы элементов, образующих вещество, с учётом числа атомов, например:
Химическая формула содержит важную информацию о веществе. Например, формула С0 2 показывает следующую информацию:
Рассчитаем массовые доли элементов углерода и кислорода в углекислом газе СO 2 .
Ключевые слова и словосочетания
- Химическая формула.
- Индексы и коэффициенты.
- Относительная атомная масса (А r).
- Относительная молекулярная масса (М r).
- Массовая доля элемента в веществе.
Работа с компьютером
- Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
- Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.
Вопросы и задания
- Что означают записи: 3Н; 2Н 2 O; 5O 2 ?
- Запишите формулу сахарозы, если известно, что в состав её молекулы входят двенадцать атомов углерода, двадцать два атома водорода и одиннадцать атомов кислорода.
- Используя рисунок 2, запишите формулы веществ и рассчитайте их относительные молекулярные массы.
- Какой форме существования химического элемента кислорода соответствует каждая из следующих записей: 3O; 5O 2 ; 4СO 2 ?
- Почему относительная атомная масса элемента и относительная молекулярная масса вещества не имеют единиц измерения?
- В каком из веществ, формулы которых SO 2 и SO 3 , массовая доля серы больше? Ответ подтвердите расчётами.
- Вычислите массовые доли элементов в азотной кислоте HNO 3 .
- Дайте полную характеристику глюкозы С 6 Н 12 0 6 , используя пример описания углекислого газа С0 2 .
Атомы имеют очень маленький размер и очень маленькую массу. Если выражать массу атома какого-нибудь химического элемента в граммах, то это будет число перед которым находится более двадцати нулей после запятой. Поэтому измерять массу атомов в граммах неудобно.
Однако, если принять какую-либо очень малую массу за единицу, то все остальные малые массы можно выражать как отношение к этой единицы. В качестве единицы измерения массы атома была выбрана 1/12 часть массы атома углерода.
1/12 часть массы атома углерода называют атомной единицей массы (а. е. м.).
Относительной атомной массой является величина, равная отношению реальной массы атома конкретного химического элемента к 1/12 реальной массы атома углерода. Это безразмерная величина, так как делятся две массы.
A r = m ат. / (1/12)m угл.
Однако абсолютная атомная масса равна относительной по значению и имеет единицу измерения а.е.м.
То есть относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса конкретного атома больше 1/12 атома углерода. Если у атома A r = 12, значит его масса в 12 раз больше 1/12 массы атома углерода, или, другими словами, в нем 12 атомных единиц массы. Такое может быть только у самого углерода (C). У атома водорода (H) A r = 1. Это значит, что его масса равна массе 1/12 части от массы атома углерода. У кислорода (O) относительная атомная масса равна 16 а.е.м. Это значит, что атом кислорода в 16 раз массивнее 1/12 атома углерода, в нем 16 атомных единиц массы.
Самый легкий элемент - это водород. Его масса примерно равна 1 а.е.м. У самых тяжелых атомов масса приближается к 300 а.е.м.
Обычно для каждого химического элемента его значение абсолютной массы атомов, выраженных через а. е. м. округляют.
Значение атомных единиц массы записаны в таблице Менделеева.
Для молекул используется понятие относительной молекулярной массы (M r) . Относительная молекулярная масса показывает, во сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода. Но поскольку масса молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов, то относительную молекулярную массу можно найти, просто сложив относительные массы этих атомом. Например, в молекулу воды (H 2 O) входят два атома водорода с A r = 1 и один атом кислорода с A r = 16. Следовательно, Mr(Н 2 O) = 18.
Ряд веществ имеет немолекулярное строение, например металлы. В таком случае их относительную молекулярную массу считают равной их относительной атомной массе.
В химии важным является величина, которая называется массовая доля химического элемента в молекуле или веществе. Она показывает, какая часть относительной молекулярной массы приходится на данный элемент. Например, в воде на водород приходится 2 доли (так как два атома), а на кислород 16. То есть, если смешать водород массой 1 кг и кислород массой 8 кг, то они прореагируют без остатка. Массовая доля водорода равна 2/18 = 1/9, а массовая доля кислорода 16/18 = 8/9.
1. Заполните пропуски в предложениях.
Абсолютная атомная масса показывает массу одной двенадцатьй части 1/12 от массы одной молекулы изотопа углерода 12 6 С измеряется в следющих единицах: г, гк, мг, т.
Относительная атомная масса показываетво во сколько раз масаа стала данного вещества элемента больше массы атома водорода; единицы измерения не имеет.
2. Запишите с помощью обозначений оку=ругленное до целого числа значение:
а) относительной атомоной массы кислорода - 16
:
б) относительной атомной массы натрия - 23
;
в) относительной атомной массы меди - 64
.
3. Приведены названия химических элементов: ртуть, фосфор, водород, сера, углерод, кислород, калий, азот. В пустые клеточки впишите символы элементов таким образом, чтобы получился ряд, в октором относительная атомная масса увеличивается.
4. Подчеркните верные утверждения.
а) Масса десяти атомов кислорода равна массе двух атомов брома;
б) Масса пяти атомов углеродабольше массы трех атомов серы;
в) Масса семи атомов кислорода меньше массы пяти атомов магния.
5. Заполните схему.
6. Рассчитайте относительные молекулярные массы веещств по их фомулам:
а) M r (N 2) = 2*14=28
б) M r (CH 4) = 12+4*1=16
в) M r (CaCO 3) = 40+12+3*16=100
г) M r (NH 4 Cl) = 12+41+35,5=53,5
д) M r (H 3 PO 4) = 3*1+31+16*4=98
7. Перед вами пирамида, "строительными камнями" которой являются формулы химических соединений. Найдите такой путь с вершины пирамиды к ее основанию, чтобы сумма относительных молекулярных масс соединений была минимальной. При выборе каждого следующего "камня" нужно учитывать, что можно выбирать лишь тот, который непостредственно прилегает к предыдущему.
В ответ запишите формулы веществ выиграшного пути.
Ответ : С 2 H 6 - H 2 CO 3 - SO 2 - Na 2 S
8. Лимонная кислота содержится не только в лимонах, но также в незрелых яблоках, смородине, вишне и т.п. Лимонную кислоту использкют в кулинарии, в домашнем хозяйстве (например, для выведения ржавых пятен с ткани). Молекула этого вещества состоит из 6 атомов углерода, 8 атомов водорода, 7 атомов кислорода.
С 6 Н 8 О 7
Отметьте верное утверждение:
а) относительная молекулярная масса этого вещества равна 185;
б) относительная молекулярная масса этого вещества равна 29;
в) относительная молекулярная масса этого вещества равна 192.
§ 1 Из чего складывается масса вещества
Любое тело имеет массу. Возьмем такое тело как, например, мешок яблок. Это тело имеет массу. Его масса будет складываться из массы каждого яблока в мешке. Мешок риса тоже имеет свою массу, которая определяется путем сложения массы всех рисовых зернышек, хотя они очень маленькие и легкие.
Все тела состоят из веществ. Масса тела складывается из массы составляющих его веществ. Вещества, в свою очередь, состоят из частиц, молекул или атомов, следовательно, частицы вещества тоже имеют массу.
§ 2 Атомная единица массы
Если выразить массу самого легкого атома водорода в граммах, то получим очень сложное для дальнейшей работы число
1,66 ∙10-24г.
Масса атома кислорода примерно в шестнадцать раз больше и составляет 2,66∙10-23г, масса атома углерода 1,99∙10-23г. Масса атома обозначается - ma.
Производить расчеты с такими числами неудобно.
Для измерения атомных (и молекулярных) масс применяют атомную единицу массы (а.е.м.).
Атомная единица массы - это 1/12 массы атома углерода.
В таком случае, масса атома водорода будет равна 1 а.е.м., масса атома кислорода - 16 а.е.м., а масса атома углерода - 12 а.е.м.
Химики долгое время не имели ни малейшего представления о том, сколько весит один атом какого-либо элемента в привычных и удобных для нас единицах измерения массы (грамм, килограмм и т. д.).
Поэтому первоначально задача определения атомных масс была изменена.
Были предприняты попытки определить, во сколько раз атомы одних элементов тяжелее других. Таким образом, учёные стремились сопоставить массу атома одного элемента с массой атома другого элемента.
Решение этой задачи также было сопряжено с большими трудностями, и прежде всего с выбором эталона, т. е. того химического элемента, относительно которого следовало проводить сравнение атомных масс остальных элементов.
§ 3 Относительная атомная масса
Учёные XIX столетия решили эту проблему на основании экспериментальных данных по определению состава веществ. В качестве эталона был взят самый лёгкий атом - атом водорода. Экспериментально, было установлено, что атом кислорода в 16 раз тяжелее атома водорода, т. е. его относительная масса (относительно массы атома водорода) равна 16.
Эту величину условились обозначать буквами Ar (индекс «r» - от начальной буквы английского слова «relative» -относительный). Таким образом, запись значения относительных атомных масс химических элементов должна выглядеть следующим образом: относительная атомная масса водорода равна 1, относительная атомная масса кислорода равна 16, относительная атомная масса углерода равна 12.
Относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса атома одного химического элемента больше массы атома, являющегося эталоном, поэтому данная величина не имеет размерности.
Как уже говорилось, первоначально значения атомных масс определяли по отношению к массе атома водорода. Позже эталоном для определения атомных масс стала 1/12 часть массы атома углерода (атом углерода в 12 раз тяжелее атома водорода).
Относительная атомная масса элемента (Ar) - это отношение массы атома химического элемента к 1/12 массы атома углерода.
Значения атомных масс химических элементов приведены в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Взгляните на периодическую таблицу и рассмотрите любую ее клетку, например, под номером 8.
Под химическим знаком и названием в нижней строке указывается значение атомной массы химического элемента: относительная атомная масса кислорода равна 15,9994. Обратите внимание: относительные атомные массы почти всех химических элементов имеют дробное значение. Причиной этого является существование изотопов. Напомню, что изотопами называют атомы одного и того же химического элемента, незначительно отличающиеся по массе.
В школе в расчётах обычно используют значения относительных атомных масс, округленные до целых чисел. Но в нескольких случаях пользуются дробными величинами, например: относительная атомная масса хлора равна 35,5.
§ 4 Относительная молекулярная масса
Из масс атомов складывается масса молекулы.
Относительной молекулярной массой вещества называется число, показывающее, во сколько раз масса молекулы этого вещества больше 1/12 массы атома углерода.
Относительная молекулярная масса обозначается - Mr
Относительную молекулярную массу веществ рассчитывают по химическим формулам, выражающим состав веществ. Для нахождения относительной молекулярной массы надо суммировать значения относительных атомных масс элементов, входящих в состав молекулы вещества, с учётом количественного состава, т. е. числа атомов каждого элемента (в химических формулах оно выражается с помощью индексов). Например, относительная молекулярная масса воды, имеющей формулу H2O, равна сумме двух значений относительной
атомной массы водорода и одного значения относительной атомной массы кислорода:
Относительная молекулярная масса серной кислоты, имеющей формулу H2SO4, равна сумме
двух значений относительной атомной массы водорода, одного значения относительной атомной массы серы и четырех значений относительной атомной массы кислорода: .
Относительная молекулярная масса - величина безразмерная. Ее не следует путать с истинной массой молекул, выражаемой в атомных единицах массы.
Список использованной литературы:
- Н.Е. Кузнецова. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М. Вентана-Граф, 2012.
Использованные изображения: