ХИМИЧЕСКАЯ СИМВОЛИКА

Эволюция химических символов

Химическая символика - это своеобразный алфавит, с помощью которого записывают «слова» - формулы соединений и «фразы» - уравнения химических реакций, в той или иной мере отражающие реально происходящие процессы.

Еще в средневековье известные тогда химические элементы обозначали условными символами, такими же, какие использовали для обозначения небесных тел. Дело в том, что, по представлениям алхимиков, каждому из известных в то время элементов соответствовало свое небесное тело.


Обозначения небесных тел и «соответствующих» им химических элементов
Элемент Золото Серебро Железо Медь Ртуть Свинец Олово
Небесное тело Солнце Луна Марс Венера Меркурий Сатурн Юпитер
Символ

Безусловно, такие символы для обозначения химических элементов были не очень удобны. Более того, к 1800 году было известно около 34 химических элементов (правда, некоторые еще не были выделены как простые вещества, а были известны преимущественно в виде оксидов), и использование подобной символики стало невозможным.

Д. Дальтон предложил другие обозначения химических элементов, ниже приведены некоторые примеры этой символики:


Символы химических элементов, предложенные Д. Дальтоном
Элемент Водород Азот Углерод Кислород Сера Фосфор Железо Медь Свинец
Символ

Как видно из этих примеров, в некоторых случаях Дальтон использовал начальные буквы английских названий элементов (например: железо - Iron, медь - Copper, свинец - Lead), обведенные кружком.

Современные символы химических элементов были введены в 1813 г. Йенсом Якобом Берцелиусом. Элементы обозначаются начальными буквами их латинских названий. Например, кислород (Oxygenium) обозначается буквой О, сера (Sulfur) - буквой S, водород (Hydrogenium) - буквой Н. В тех случаях, когда названия нескольких элементов начинаются с одной и той же буквы, к первой букве добавляется еще одна из последующих. Так, углерод (Carboneum), имеет символ С, кальций (Calcium) - Са, медь (Cuprum) - Си и т. д. Символы и русские названия всех известных к настоящему времени элементов приведены в таблице периодической системы элементов.

Некоторые элементы (например, железо, золото, свинец) известны с глубокой древности, и их названия имеют историческое происхождение.

В основу названий элементов, открытых за последние 300 лет, были положены различные принципы: по минералу, из которого впервые был выделен этот элемент, например, бериллий (по названию минерала - берилла), по названию страны - родины первооткрывателя, например, германий (немецкий химик К. Винклер) в честь Германии, по некоторым свойствам, например, хлор (от греч. χλωροσ - зеленый), фосфор (от греч. φωσ - свет, φερω - несу). Искусственные элементы получили свои названия в честь известных ученых, например, менделевий, эйнштейний.

Современная химическая символика

Корни латинских названий некоторых элементов существенно отличаются от корней русских названий. Однако для составления названий соединений используются именно латинские корни. Поэтому для ряда элементов их следует запомнить:


Порядковый номер в таблице периодической системы Символ Русское название Латинский корень
1 H водород гидр
6 С углерод карб
7 N азот нитр
8 О кислород окс
14 Si кремний силиц
16 S сера сульф, тио
25 Мn марганец манган
26 Fe железо ферр
28 Ni никель никкол
29 Сu медь купр
33 As мышьяк арс
47 Ag серебро аргент
50 Sn олово станн
51 Sb сурьма стиб
79 Au золото аур
80 Hg ртуть меркур
82 Pb свинец плюмб

В химической литературе широко используются и групповые названия элементов.

Название группы элементов Элементы группы
Благородные газы Не, Ne, Аг, Кг, Хе, Rn
Галогены F, Cl, Br, I
Халькогены O, S, Se, Те, Po
Щелочные элементы Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Щелочноземельные элементы Ca, Sr, Ba, Ra
Лантаноиды элементы с порядковыми номерами 57-71 (от La до Lu включительно)
Актиноиды элементы с порядковыми номерами 89-103 (от Ас до Lr включительно)

Химические символы - не только сокращенные названия элементов: они выражают и определенные их количества (или массы), т.е. каждый символ обозначает или один атом элемента, или один моль его атомов, или массу элемента, равную (или пропорциональную) молярной массе этого элемента. Например, С означает или один атом углерода, или один моль атомов углерода, или 12 единиц массы (обычно 12 г) углерода.

Если символ химического элемента мысленно вписать в квадрат, то углы этого квадрата используют, при необходимости, для дополнительной информации:

массовое число изотопа заряд иона
Э
порядковый номер элемента
(заряд ядра)
число атомов элемента
в соединении

Химические формулы веществ

С помощью химических символов элементов записывают химические формулы веществ. Например, формула серной кислоты H2S04 показывает, что молекула этого соединения состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода.

Формулы веществ также указывают не только состав вещества, но и его количество и массу. Каждая формула изображает или одну молекулу вещества, или один моль вещества, или массу вещества, равную (или пропорциональную) его молярной массе. Например, Н2О обозначает или одну молекулу воды, или один моль воды, или 18 единиц массы (обычно 18 г) воды.

Простые вещества также обозначаются формулами, показывающими, из скольких атомов состоит его молекула. Например, формула водорода Н2. Если атомный состав молекулы простого вещества точно не известен или вещество состоит из молекул, содержащих различное число атомов, а также, если оно имеет не молекулярное, а атомное или металлическое строение, простое вещество обозначают символом элемента. Например, простое вещество фосфор обозначают формулой Р, поскольку в зависимости от условий фосфор может состоять из молекул с различным числом атомов или иметь полимерное строение.

Используя химические формулы, записывают уравнения химических реакций, например:

C + O2 = CO2
HCl + NaOH = NaCl + H2O

В левую часть уравнения записывают вещества, вступающие в химическую реакцию (исходные вещества), а в правую - вещества, образующиеся в результате реакции (продукты реакции), причем число атомов каждого элемента в левой части уравнения должно быть равно числу атомов этого элемента в правой части (закон сохранения массы веществ).

Формулу вещества устанавливают на основании результатов его анализа. Например, согласно данным анализа, глюкоза содержит 40,00% (масс.) углерода, 6,72% (масс.) водорода и 53,28% (масс.) кислорода. Следовательно, массы углерода, водорода и кислорода относятся друг к другу как 40,00 : 6,72 : 53,28. Обозначим искомую формулу глюкозы СxНу0z, где х, у и z - числа атомов углерода, водорода и кислорода в молекуле. Массы атомов этих элементов соответственно равны 12,01;1,01 и 16,00 а.е.м. Поэтому в составе молекулы глюкозы находится 12,01x а.е.м. углерода, 1,01y а.е.м. водорода и 16,00z а.е.м. кислорода. Отношение этих масс равно 12,01х : 1,01y : 16,00z. Следовательно,

12,01x : 1,01y : 16,00z = 40,00 : 6,72 : 53,28

Согласно свойствам пропорции:

x : y : z = (40,00/12,01) : (6,72/1,01) : (53,28/16,00)
или
x : y : z = 3,33 : 6,65 : 3,33 = 1 : 2 : 1

Следовательно, в молекуле глюкозы на один атом углерода приходится два атома водорода и один атом кислорода. Этому условию удовлетворяют формулы СН2О; С2Н4О2; С3Н8О3 и т. д. Первая из этих формул - СН2О - называется простейшей или эмпирической формулой; ей отвечает молекулярная масса 30,02. Для того чтобы узнать истинную или молекулярную формулу, необходимо знать молекулярную массу данного вещества. Глюкоза при нагревании разрушается, не переходя в газ. Eё молекулярная масса равна 180. Из сопоставления этой молекулярной массы с молекулярной массой, отвечающей простейшей формуле, ясно, что глюкозе отвечает формула С6Н12О6.

Виды химических формул

Любая химическая формула - это условная запись, которая несет определенную информацию о данном веществе, и в зависимости от того, какую информацию хотят сообщить, пользуются различными формулами.

  1. Молекулярная формула (или брутто-формула) отражает только качественный и количественный состав соединения, т. е. показывает, атомы каких элементов и в каком количестве входят в состав данного вещества, и ничего не говорит о его строении, например:
  2. H2O CH4 C2H4 NH3
    вода метан этилен аммиак
  3. Графическая формула (ее ошибочно часто называют структурной формулой) дает дополнительную информацию: кроме качественного и количественного состава она показывает, в какой последовательности атомы связаны друг с другом, а также указывает кратности связей (простая, двойная, тройная):
    Однако эти формулы ничего не говорят о структуре молекул, т. е. не отражают относительное расположение атомов в пространстве.
  4. Электронная формула несет дополнительную информацию по сравнению с графической (хотя, по сути, очень на нее похожа) - показывает, какие из валентных электронов участвуют в образовании связей, а также наличие неспаренных электронов и неподеленных электронных пар:
  5. Структурная формула изображается в масштабе, в соответствующей проекции, дающей объемное представление о молекуле и показывает относительное расположение атомов в пространстве. При необходимости к структурным формулам прилагаются таблицы, в которых указывают длины связей (расстояния между центрами связанных атомов) и валентные углы (углы между связями).
  6. Возможно использование и других вариантов формул для передачи соответствующей информации о молекуле или облегчающих восприятие информации, например:
    □ показывает наличие свободной орбитали.

  7. ХИМИЧЕСКАЯ СИМВОЛИКА

Яндекс.Метрика Copyright _copy 2014. SARybin.
Подписаться на обновление.