Составление химических формул
Бинарное соединение состоит из атомов двух химических элементов. Чтобы составить его формулу, нужно определить символы элементов, их валентности или степени окисления, подобрать индексы и проверить, что суммарный заряд вещества равен нулю.
Основные понятия
Перед изучением этой темы повторите валентность и степень окисления. Валентность показывает, сколько химических связей образует атом в данном соединении. Степень окисления — условный заряд атома, который используют при подсчёте электронного баланса.
Бинарное соединение — сложное вещество, состоящее из атомов двух разных химических элементов. Примеры: \(\mathrm{NaCl}\), \(\mathrm{MgO}\), \(\mathrm{CO_2}\), \(\mathrm{Fe_2S_3}\). Число атомов каждого элемента указывают нижним индексом.
В формуле обычного вещества алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов равна нулю. Поэтому положительные и отрицательные заряды в соединении взаимно компенсируются.
Индекс относится только к символу элемента, который стоит непосредственно перед ним. Если индекс равен единице, его не пишут: \(\mathrm{NaCl}\), а не \(\mathrm{Na_1Cl_1}\). Скобки используют, если группа атомов повторяется несколько раз, например \(\mathrm{Ca(OH)_2}\).
Алгоритм составления формулы
- Запишите символы элементов в правильном порядке. Обычно первым ставят более электроположительный элемент: металл перед неметаллом.
- Определите валентности или степени окисления элементов.
- Подберите наименьшие целые индексы так, чтобы суммарные положительный и отрицательный заряды сравнялись.
- Если индексы имеют общий делитель, сократите их. Индекс 1 не записывайте.
- Проверьте электронейтральность и правильность записи формулы.
В формуле \(\mathrm{X_aY_b}\) числа \(a\) и \(b\) выбирают так, чтобы произведение индекса на модуль степени окисления одного элемента равнялось соответствующему произведению для другого элемента.
| Ситуация | Что сделать | Пример |
|---|---|---|
| Одинаковые модули степеней окисления | Поставить индексы 1:1 | \(\mathrm{Mg^{2+}}\) и \(\mathrm{O^{2-}}\) → \(\mathrm{MgO}\) |
| Один модуль равен 1 | Единицу не записывать | \(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{S^{2-}}\) → \(\mathrm{Na_2S}\) |
| Модули взаимно просты | Перенести их крест-накрест | \(\mathrm{Al^{3+}}\) и \(\mathrm{O^{2-}}\) → \(\mathrm{Al_2O_3}\) |
| Модули имеют общий делитель | Сначала сократить отношение | \(\mathrm{Ca^{2+}}\) и \(\mathrm{O^{2-}}\) → \(\mathrm{CaO}\), а не \(\mathrm{Ca_2O_2}\) |
Какую формулу образуют ионы \(\mathrm{Al^{3+}}\) и \(\mathrm{S^{2-}}\)?
Подбор индексов и степени окисления
Самый удобный приём для двух элементов — «крест»: модуль степени окисления первого элемента становится индексом второго, а модуль степени окисления второго — индексом первого. После этого обязательно проверьте, нельзя ли сократить индексы.
Сначала мысленно запишите формулу \(\mathrm{X_aY_b}\). Индекс \(a\) относится к первому символу \(X\), а индекс \(b\) — ко второму символу \(Y\). Приём «крест» переносит числа по диагонали, но не меняет порядок элементов.
Для элементов с переменной степенью окисления её нужно определить из условия или названия. Например, в оксиде железа(III) железо имеет степень окисления \(+3\), а кислород в оксидах — \(-2\). В классификации неорганических соединений бинарные соединения рассматривают как оксиды, сульфиды, хлориды и другие вещества бинарного состава.
Формула электронейтральна, если после умножения степеней окисления на соответствующие индексы алгебраическая сумма равна нулю. Для вещества \(\mathrm{Fe_2O_3}\): \(2\cdot(+3)+3\cdot(-2)=0\).
Разобранный пример
Составим формулу соединения алюминия и кислорода. Алюминий образует катион со степенью окисления \(+3\), кислород в оксидах — анион со степенью окисления \(-2\).
Показать решение Пример
Формула соединения — \(\mathrm{Al_2O_3}\). Индексы 2 и 3 нельзя сократить, поэтому формула записана в простейшем виде.
Для кальция и хлора: \(\mathrm{Ca^{2+}}\) и \(\mathrm{Cl^-}\), поэтому формула — \(\mathrm{CaCl_2}\). Для углерода(IV) и кислорода: \(\mathrm{C^{+4}}\) и \(\mathrm{O^{-2}}\); отношение индексов \(2:4\) сокращается до \(1:2\), поэтому формула — \(\mathrm{CO_2}\).
Проверка готовой формулы
Проверять формулу нужно по четырём признакам: в ней только два элемента; символы записаны верно; индексы являются наименьшими целыми числами; сумма степеней окисления равна нулю. Для проверки составьте таблицу: символ, степень окисления, индекс и произведение.
| Элемент | Степень окисления | Индекс | Вклад в сумму |
|---|---|---|---|
| Fe | +3 | 2 | \(2\cdot(+3)=+6\) |
| O | −2 | 3 | \(3\cdot(-2)=-6\) |
| Итого | \(+6-6=0\) |
1. Индексы не проверяют. Формула \(\mathrm{AlO}\) неверна для степеней окисления \(+3\) и \(-2\). 2. Забывают сокращать индексы. Запись \(\mathrm{Ca_2O_2}\) заменяют на \(\mathrm{CaO}\). 3. Путают индекс и коэффициент. В \(2\mathrm{CO_2}\) коэффициент 2 относится ко всей формуле, а индекс 2 — только к кислороду. 4. Неверно ставят скобки. В бинарных соединениях из двух отдельных элементов скобки обычно не нужны. 5. При подборе используют знаки вместо модулей. Для подбора берут модули, а при проверке учитывают знаки.
Составление формулы не следует путать с номенклатурой неорганических соединений: формула передаёт состав вещества, а название словесно описывает этот состав. После получения формулы можно вычислять относительную молекулярную массу вещества.
Итоговая проверка
Проверьте себя
Главное
- Бинарное соединение содержит атомы двух разных элементов.
- Индексы подбирают по валентностям или модулям степеней окисления, затем сокращают до наименьших целых чисел.
- Для формулы \(\mathrm{X_aY_b}\) выполняется условие \(a\cdot|\mathrm{СО}(X)|=b\cdot|\mathrm{СО}(Y)|\).
- Электронейтральность проверяют равенством суммы положительных и отрицательных зарядов нулю.
- Коэффициент относится ко всей формуле, индекс — только к символу или группе в скобках.