Interpretacja zapisów chemicznych
Język chemiczny nie służy do codziennej komunikacji, a jednak ma status języka międzynarodowego. Niezależnie od miejsca na kuli ziemskiej, chemicy stosują te same znaki i symbole chemiczne do wyrażania ilości i rodzaju substancji. Rozkodowanie tych zapisów nie jest trudne, o ile zapamięta się kilka ważnych reguł.
różnice pomiędzy substancjami prostymi a złożonymi;
budowę związków kowalencyjnych oraz związków jonowych;
sposoby interpretacji wzórów sumarycznych;
sposoby powstawania jonów.
odczytywania zapisów chemicznych przedstawiających atomy, cząsteczki i zespoły jonów.
1. Czy możemy określić budowę cząsteczki związku kowalencyjnego na podstawie jego wzoru?
Wzór sumaryczny związku kowalencyjnego wskazuje, jakie atomy i w jakiej ilości są zawarte w cząsteczce. Poniżej przedstawiono wzór cząsteczki wody. Co oznacza taki zapis?
Użyte we wzorach symbole pierwiastków chemicznych informują o rodzaju atomów tworzących cząsteczkę. Natomiast cyfry umieszczone z prawej strony u dołu symbolu (w indeksie dolnym) informują o liczbie tych atomów. Cyfry te nazywamy indeksami stechiometrycznymiindeksami stechiometrycznymi. Umieszcza się je we wzorze zawsze za symbolem pierwiastka, do którego atomów się odnoszą. Jeśli indeks stechiometryczny jest równy jedności, to go nie zapisujemy.
Obejrzyj poniższy film, a następnie rozwiąż zadanie.
Uzupełnij poniższy tekst, wybierając właściwe słowa spośród podanych.
Uzupełnij poniższy tekst, wiedząc, że wzór sumaryczny cząsteczki wody to .
Amoniak to związek chemiczny o wzorze sumarycznym . Co oznacza ten zapis?
Obejrzyj film, a następnie rozwiąż zadanie.
Z jakiej liczby atomów azotu oraz jakiej liczby atomów wodoru zbudowana jest cząsteczka amoniaku?
Wiedząc, że wzór sumaryczny cząsteczki azotu to odpowiedz, z jakiej liczby atomów azotu oraz jakiej liczby atomów wodoru zbudowana jest cząsteczka amoniaku.
Czy możemy określić skład cząsteczek związku kowalencyjnego bez znajomości jego nazwy?
Bez znajomości dokładnej budowy i nazwy substancji kowalencyjnej, a tylko na podstawie wzoru sumarycznego, można określić skład jej cząsteczki (rodzaj tworzących ją atomów i ich liczbę). Na przykład ze wzoru możemy wywnioskować, że cząsteczka związku, opisanego tym wzorem, składa się z dwóch atomów wodoru, jednego atomu siarki i czterech atomów tlenu.
2. W jaki sposób opisujemy zbiory cząsteczek?
W sytuacji, gdy chcemy przedstawić zbiór składający się z więcej niż jednej cząsteczki, np. z trzech cząsteczek wody, to liczbę tych cząsteczek umieszczamy przed wzorem związku. Trzy cząsteczki wody (, , ) opiszemy jako . Liczbę umieszczoną przed wzorem związku nazywa się współczynnikiem stechiometrycznymwspółczynnikiem stechiometrycznym.
Spróbujmy określić liczbę poszczególnych atomów pierwiastków w zbiorze trzech cząsteczek wody: .
Jedna cząsteczka wody zawiera dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu, zaś w trzech cząsteczkach wody znajduje się:
dwa atomy wodoru razy trzy, czyli sześć atomów wodoru;
jeden atom tlenu razy trzy, czyli trzy atomy tlenu.
Ile atomów azotu i ile atomów wodoru znajduje się w pięciu cząsteczkach amoniaku? Odpowiedź zapisz za pomocą cyfr arabskich.
Przeanalizuj poniższą tabelę, w której zamieszczono interpretację zapisów zbiorów przykładowych cząsteczek, a następnie rozwiąż zadanie.
Zapis symboliczny zbioru | Opis słowny zbioru | Liczba poszczególnych atomów pierwiastków | Liczba | ||||
cztery cząsteczki amoniaku | |||||||
dwie cząsteczki chlorowodoru | |||||||
sto cząsteczek | |||||||
milion cząsteczek tlenu | |||||||
kwadrylion cząsteczek azotu |
Obejrzyj film podsumowujący powyższe treści. Czy już wiesz, czym się różni indeks od współczynnika stechiometrycznego?
3. Niektóre pierwiastki mogą tworzyć cząsteczki. Jak je opisujemy?
Niektóre niemetale (np. azot, tlen, fluor, chlor, brom, jod, siarka i fosfor) występują w przyrodzie w stanie wolnym w postaci cząsteczek. Na przykład atomy tlenu tworzą przede wszystkim cząsteczki dwuatomowe , zbudowane z dwóch atomów tlenu (jest to tlen atmosferyczny, składnik powietrza) oraz cząsteczki trójatomowe , zbudowane z trzech atomów tlenu (jest to ozon, obecny w powietrzu w trakcie wyładowań atmosferycznych).
Zatem indeks stechiometryczny przy symbolu pierwiastka, równy liczbie , wskazuje, że cząsteczka tlenu zbudowana jest z dwóch atomów tlenu. Natomiast indeks stechiometryczny, równy liczbie , wskazuje, że cząsteczka ozonu zbudowana jest z trzech atomów tlenu.
Czym się różni zapis od zapisu ?
Współczynnik stechiometryczny, zapisany przed symbolem (np. – atomów chloru) lub wzorem (np. – cząsteczek chloru), informuje o liczbie atomów lub cząsteczek. Zapis wskazuje na wolnych, niezwiązanych atomów chloru, natomiast – na obecność dwuatomowych cząsteczek chloru, czyli łącznie atomów.
Przeanalizuj poniższą tabelę, a następnie rozwiąż zadanie.
Zapis symboliczny | Opis słowny | Liczba poszczególnych atomów pierwiastków | ||||||
jeden atom wodoru | ||||||||
jedna cząsteczka wodoru | ||||||||
cztery atomy chloru | ||||||||
cztery cząsteczki chloru | ||||||||
sześć atomów azotu | ||||||||
trzy cząsteczki azotu | ||||||||
dziesięć atomów tlenu | ||||||||
pięć cząsteczek tlenu | ||||||||
dwie cząsteczki ozonu | ||||||||
jeden atom jodu | ||||||||
jedna cząsteczka jodu | ||||||||
trzy atomy fosforu | ||||||||
trzy cząsteczki fosforu | ||||||||
sześć atomów siarki | ||||||||
sześć cząsteczek siarki |
4. Jak interpretujemy zapisy dotyczące związków jonowych?
Związki jonowe powstają z połączenia metali z niemetalami. Związki te są zbudowane z jonów, które ułożone naprzemiennie, tworzą uporządkowane struktury zwane kryształami. W krysztale nie występują izolowane grupy atomów, które można byłoby nazwać cząsteczkami. Wzór sumaryczny związku jonowego przedstawia zatem najmniejszy zbiór powtarzających się jonów w krysztale. Indeksy stechiometryczne określają liczbę jonów danego pierwiastka w tym zbiorze.
W związkach jonowych, składających się z dwóch pierwiastków, metal jest zawsze kationem, a niemetal – anionem. Przykładem takiego związku jest chlorek sodu. Jego wzór, , informuje, że kryształ chlorku sodu jest zbudowany z kationów sodu i anionów chlorkowych , a ich stosunek ilościowy wynosi .
W krysztale kolejnej substancji jonowej, siarczku potasu, o wzorze , na jeden anion siarczkowy () przypadają dwa kationy potasu ().
Zatem liczby umieszczone przed wzorem związku jonowego (współczynniki stechiometryczne) określają liczbę najmniejszych zbiorów tworzących kryształ.
Na przykład zapis, , oznacza dziesięć zbiorów składających się z jednego kationu sodu () i jednego anionu chlorkowego (). Natomiast zapis , oznacza dziesięć zbiorów składających się z dwóch kationów potasu () i jednego anionu siarczkowego ().
Przeanalizuj poniższą tabelę, a następnie rozwiąż zadanie.
Zapis symboliczny | Liczba poszczególnych jonów | ||||
anion chlorkowy | kation potasu | kation magnezu | anion siarczkowy | ||
5. Jak interpretujemy zapisy chemiczne z użyciem prostych wzorów chemicznych?
Spróbujmy odczytać zapis dotyczący tlenku azotu: . Aby dobrze zinterpretować to wyrażenie, musimy rozstrzygnąć, czy przedstawiony związek jest kowalencyjny, czy jonowy. Związek o wzorze zbudowany jest z atomów dwóch niemetali. Jak pamiętamy, atomy niemetali tworzą wiązania kowalencyjne, dlatego możemy sądzić, że wzór opisuje związek kowalencyjny zbudowany z cząsteczek. W opisie zbioru, , można posługiwać się pojęciem cząsteczka. Liczba , umieszczona przed wzorem, informuje, że w zbiorze znajdują się cztery cząsteczki. Każda z nich składa się z jednego atomu azotu i dwóch atomów tlenu (o czym informuje liczba znajdująca się za ). Razem w zbiorze są () cztery atomy azotu i () osiem atomów tlenu.
Wzór opisuje inną substancję, bromek sodu, zbudowany z metalu (sodu) i niemetalu (bromu). W związkach zbudowanych z metalu i niemetalu występują zwykle wiązania jonowe. Z tego względu możemy przyjąć, że związek o wzorze ma budowę jonową. Kationem jest jon utworzony z atomu metalu (sodu), a anionem – jon utworzony z atomu niemetalu (bromu). W najmniejszym zbiorze powtarzających się jonów w krysztale znajduje się jeden kation sodu () i jeden anion bromkowy ().
W zbiorze zapisanym jako znajdują się cztery kationy sodu () i cztery aniony bromkowe ().
W której z odpowiedzi poprawnie zinterpretowany jest poniższy zapis?
*6. Jak interpretujemy zapisy chemiczne z użyciem złożonych wzorów chemicznych?
W niektórych wzorach grupy atomów zapisuje się w nawiasie, po którym występuje liczba, np. . W zaprezentowanym zbiorze liczba odnosi się do wszystkich atomów znajdujących się w nawiasie. Związki te mają najczęściej budowę jonową. Aby dokładnie pokazać, jak należałoby ilościowo rozumieć zastosowany zapis, należałoby zastanowić się, z jakich jonów zbudowana jest związek chemiczny o podanym wzorze sumarycznym.
Podany wzór możemy zatem zinterpretować następująco:
W zbiorze znajdują się:
kationy ;
aniony .
Jeden atom i cztery atomy mogą utworzyć jeden anion fosforanowy(), . Oznacza to, że do utworzenia dwóch anionów fosforanowych() niezbędna jest obecność dwóch atomów fosforu oraz ośmiu atomów tlenu.
W jaki sposób zinterpretować następujący zapis?
W zbiorze znajdują się:
kationów ;
aniony składające się z:
Do utworzenia czterech anionów fosforanowych() niezbędna jest obecność czterech atomów fosforu oraz szesnastu atomów tlenu.
Wodorotlenki pierwiastków grupy i układu okresowego również mają budowę jonową. Poniżej przedstawiono interpretację wodorotlenku magnezu:
Wodorotlenki pierwiastków grupy i układu okresowego również mają budowę jonową. Wodorotlenek magnezu, o wzorze sumarycznym , zbudowany jest z kationu i dwóch anionów . Na tej podstawie zinterpretuj poniższe zapisy soli i wodorotlenków o budowie jonowej.
Podsumowanie
Wzór sumaryczny przedstawia liczbę atomów każdego pierwiastka w cząsteczce związku chemicznego lub liczbę drobin w zbiorze jonów.
Wzór strukturalny określa rodzaj i liczbę atomów w cząsteczce oraz ich kolejność i sposób ich powiązania.
Indeks stechiometryczny to liczba zapisywana z prawej strony u dołu symbolu pierwiastka (jeżeli liczba ta wynosi , to pomija się ją w zapisie); określa liczbę atomów w cząsteczce bądź jonów w jednostce formalnej.
Współczynnik stechiometryczny to liczba zapisywana przed wzorem sumarycznym związku (jeżeli liczba ta wynosi , to pomija się ją w zapisie); określa liczbę atomów, cząsteczek bądź jednostek formalnych związku jonowego.
Pewna substancja jonowa ma wzór sumaryczny . Symbol oznacza metal, natomiast – niemetal. Które z podanych niżej jonów mogłyby tworzyć ten związek jonowy? Napisz wzór tego związku.
Jony do wyboru: , , , , .
Pewna substancja jonowa ma wzór sumaryczny . Symbol oznacza metal, natomiast – niemetal. Zaznacz, które z podanych niżej jonów mogłyby tworzyć ten związek jonowy oraz uzupełnij wzór tego związku.
Słownik
liczba umieszczana u dołu z prawej strony symbolu pierwiastka we wzorze chemicznym substancji; jest ona równa liczbie atomów tego pierwiastka w cząsteczce lub w najmniejszym zbiorze powtarzających się jonów w krysztale (tzw. jednostce formalnej)
liczba zapisywana przed symbolem lub wzorem chemicznym, która określa liczbę atomów, cząsteczek lub najmniejszych zbiorów powtarzających się jonów w krysztale
Ćwiczenia
Oceń, czy podane zdania są prawdziwe, czy fałszywe.
Prawda | Fałsz | |
Liczba zapisana w indeksie dolnym za symbolem pierwiastka we wzorze sumarycznym związku kowalencyjnego mówi o liczbie atomów w cząsteczce. | □ | □ |
Cyfra zapisana przed wzorem chemicznym związku kowalencyjnego opisuje liczbę cząsteczek tego związku. | □ | □ |
Indeks stechiometryczny nigdy nie równa się jeden. | □ | □ |
Wzór sumaryczny związku jonowego przedstawia budowę jego cząsteczek. | □ | □ |
Wzory sumaryczne związków jonowych nie zawierają indeksów stechiometrycznych. | □ | □ |
Przenieś zapisy chemiczne do odpowiednich grup w zależności od liczby atomów wodoru w zbiorze, który opisują.
<span aria-label="2NH indeks dolny, 3" role="math"><math><mrow><msub><mtext>2NH</mtext><mtext>3</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="H indeks dolny, 2, O" role="math"><math><mrow><msub><mtext>H</mtext><mtext>2</mtext></msub><mtext>O</mtext></mrow></math></span>, <span aria-label="HNO indeks dolny, 3" role="math"><math><mrow><msub><mtext>HNO</mtext><mtext>3</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="3Mg nawias OH zamknięcie nawiasu indeks dolny, 2" role="math"><math><mrow><msub><mrow><mtext>3Mg</mtext><mtext>(</mtext><mtext>OH</mtext><mtext>)</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="Ca nawias OH zamknięcie nawiasu indeks dolny, 2" role="math"><math><mrow><msub><mrow><mtext>Ca</mtext><mtext>(</mtext><mtext>OH</mtext><mtext>)</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="H" role="math"><math><mrow><mtext>H</mtext></mrow></math></span>, <span aria-label="4H" role="math"><math><mrow><mtext>4H</mtext></mrow></math></span>, <span aria-label="NaOH" role="math"><math><mrow><mtext>NaOH</mtext></mrow></math></span>, <span aria-label="6H" role="math"><math><mrow><mtext>6H</mtext></mrow></math></span>, <span aria-label="2H indeks dolny, 2" role="math"><math><mrow><msub><mtext>2H</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="H indeks dolny, 2" role="math"><math><mrow><msub><mtext>H</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="2H indeks dolny, 2, O" role="math"><math><mrow><msub><mtext>2H</mtext><mtext>2</mtext></msub><mtext>O</mtext></mrow></math></span>, <span aria-label="H indeks dolny, 2, SO indeks dolny, 4" role="math"><math><mrow><msub><mtext>H</mtext><mtext>2</mtext></msub><msub><mtext>SO</mtext><mtext>4</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="2H indeks dolny, 2, SO indeks dolny, 4" role="math"><math><mrow><msub><mtext>2H</mtext><mtext>2</mtext></msub><msub><mtext>SO</mtext><mtext>4</mtext></msub></mrow></math></span>
jeden atom wodoru | |
---|---|
dwa atomy wodoru | |
cztery atomy wodoru | |
sześć atomów wodoru |
Poniżej przedstawiono schemat pewnej reakcji chemicznej.
Przeprowadzono pewną reakcję chemiczną, polegającą na dodaniu kwasu chlorowodorowego do probówki z wodnym roztworem wodorotlenku baru .
Reakcję tą można zapisać w postaci następującego równania chemicznego:
In which of the answers is the following formula correctly interpreted?
Bibliografia
Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.
Łasiński D., Sporny Ł., Strutyńska D., Wróblewski P., Podręcznik dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Mac Edukacja 2020.