Графические электронные формулы всех химических элементов: Электронные формулы атомов химических элементов (109)

Хотя многие элементы состоят из отдельных отдельных атомов, некоторые существуют в виде молекул, состоящих из двух или более атомов элемента, химически связанных вместе. Например, большинство образцов элементов водорода, кислорода и азота состоят из молекул, каждая из которых содержит по два атома (называемых двухатомными молекулами), и поэтому имеют молекулярные формулы H ₂ , O ₂ и N ₂ , соответственно.Другими элементами, обычно встречающимися в виде двухатомных молекул, являются фтор (F ₂ ), хлор (Cl ₂ ), бром (Br ₂ ) и йод (I ₂ ). Наиболее распространенная форма элемента сера состоит из молекул, состоящих из восьми атомов серы; его молекулярная формула S ₈ (рис. 2).

Важно отметить, что нижний индекс после символа и число перед символом не представляют одно и то же; например, H _{, 2,} и 2H представляют собой совершенно разные виды. H ₂ — это молекулярная формула; он представляет собой двухатомную молекулу водорода, состоящую из двух атомов элемента, которые химически связаны друг с другом. Выражение 2H, с другой стороны, указывает на два отдельных атома водорода, которые не объединены в единое целое.Выражение 2H ₂ представляет две молекулы двухатомного водорода (рис. 3).

Соединения образуются при химическом соединении двух или более элементов, в результате чего образуются связи. Например, водород и кислород могут реагировать с образованием воды, а натрий и хлор могут реагировать с образованием поваренной соли. Иногда мы описываем состав этих соединений с помощью эмпирической формулы , которая указывает типы присутствующих атомов, а — простейшее целочисленное отношение числа атомов (или ионов) в соединении .Например, диоксид титана (используемый в качестве пигмента в белой краске и в толстом, белом блокирующем типе солнцезащитного крема) имеет эмпирическую формулу TiO ₂ . Это идентифицирует элементы титана (Ti) и кислорода (O) как составляющие диоксида титана и указывает на присутствие в два раза большего количества атомов кислорода элемента, чем атомов элемента титана (рис. 4).

Как обсуждалось ранее, мы можем описать соединение с молекулярной формулой, в которой нижние индексы указывают фактическое количество атомов каждого элемента в молекуле соединения. . Во многих случаях молекулярная формула вещества получается из экспериментального определения как его эмпирической формулы, так и его молекулярной массы (суммы атомных масс всех атомов, составляющих молекулу).Например, экспериментально можно определить, что бензол содержит два элемента, углерод (C) и водород (H), и что на каждый атом углерода в бензоле приходится один атом водорода. Таким образом, эмпирическая формула CH. Экспериментальное определение молекулярной массы показывает, что молекула бензола содержит шесть атомов углерода и шесть атомов водорода, поэтому молекулярная формула бензола C ₆ H ₆ (рис. 5).

Если мы знаем формулу соединения, мы можем легко определить эмпирическую формулу. (Это в некотором роде академическое упражнение; на практике обычно следуют обратной хронологии.) Например, молекулярная формула уксусной кислоты, компонента, придающего уксусу его острый вкус, — это C ₂ H ₄ O ₂ .Эта формула показывает, что молекула уксусной кислоты (рис. 6) содержит два атома углерода, четыре атома водорода и два атома кислорода. Соотношение атомов 2: 4: 2. Деление на наименьший общий знаменатель (2) дает простейшее целочисленное отношение атомов 1: 2: 1, поэтому эмпирическая формула CH ₂ O. Обратите внимание, что молекулярная формула всегда является целым числом, кратным эмпирическая формула.

Пример 1

Эмпирические и молекулярные формулы
Молекулы глюкозы (сахара в крови) содержат 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. Каковы молекулярные и эмпирические формулы глюкозы?

Раствор
Молекулярная формула: C ₆ H ₁₂ O ₆ , потому что одна молекула фактически содержит 6 атомов C, 12 H и 6 O.Простейшее целочисленное отношение атомов C к H и O в глюкозе составляет 1: 2: 1, поэтому эмпирическая формула CH ₂ O.

Проверьте свои знания
Молекула метальдегида (пестицид, используемый для улиток и слизней) содержит 8 атомов углерода, 16 атомов водорода и 4 атома кислорода. Каковы молекулярные и эмпирические формулы метальдегида?

Ответ:

Химическая формула, C ₈ H ₁₆ O ₄ ; эмпирическая формула, C ₂ H ₄ O

Вы можете исследовать построение молекул с помощью онлайн-моделирования.

Ли Кронин

Чем занимаются химики? Согласно Lee Cronin (рис. 7), химики создают очень сложные молекулы путем «измельчения» небольших молекул и «обратного проектирования» их. Он задается вопросом, можем ли мы «сделать действительно крутой универсальный химический набор» с помощью того, что он называет «прикладной» химией. Можем ли мы «приложить» химию?

В своем выступлении на TED в 2012 году Ли описывает одну интересную возможность: объединить набор химических «чернил» с 3D-принтером, способным изготовить реакционный аппарат (крошечные пробирки, химические стаканы и т. Д.) Для создания «универсального химического набора инструментов». .Этот набор инструментов можно использовать для создания индивидуальных лекарств для борьбы с новой супербактерийной микробной инфекцией или для «печати» лекарств, персонально настроенных в соответствии с вашим генетическим составом, окружающей средой и состоянием здоровья. Кронин говорит: «То, что Apple сделала для музыки, я хотел бы сделать для открытия и распространения рецептурных лекарств». Полный текст его выступления можно найти на сайте TED.

Важно знать, что одни и те же атомы могут быть расположены по-разному: соединения с одинаковой молекулярной формулой могут иметь разные межатомные связи и, следовательно, разные структуры. Например, может ли существовать другое соединение с той же формулой, что и уксусная кислота, C ₂ H ₄ O ₂ ? И если да, то какова будет структура его молекул?

Если вы предсказываете, что может существовать другое соединение с формулой C ₂ H ₄ O ₂ , то вы продемонстрировали хорошее химическое понимание и правы.Два атома C, четыре атома H и два атома O также могут быть скомпонованы с образованием метилформиата, который используется в производстве в качестве инсектицида и для быстросохнущих отделочных материалов. Молекулы метилформиата имеют один из атомов кислорода между двумя атомами углерода, что отличается от расположения в молекулах уксусной кислоты. Уксусная кислота и метилформиат являются примерами изомеров — соединений с той же химической формулой, но с разными молекулярными структурами (рис. 8). Обратите внимание, что эта небольшая разница в расположении атомов имеет большое влияние на их соответствующие химические свойства.Вы, конечно, не захотите использовать раствор метилформиата вместо раствора уксусной кислоты (уксуса) при приготовлении заправки для салатов.

Существует множество типов изомеров (рис. 9). Уксусная кислота и метилформиат — это структурные изомеры , соединения, в которых молекулы различаются тем, как атомы связаны друг с другом.Существуют также различные типы пространственных изомеров , в которых относительная ориентация атомов в пространстве может быть разной. Например, составной карвон (содержащийся в семенах тмина, мяты и кожуре мандарина) состоит из двух изомеров, которые являются зеркальным отображением друг друга. S — (+) — карвон пахнет тмином, а R — (-) — карвон пахнет мятой.

Выберите эту ссылку, чтобы просмотреть объяснение изомеров, пространственных изомеров и почему они имеют разные запахи (выберите видео под названием «Mirror Molecule: Carvone»).

В молекулярной формуле используются химические символы и индексы для обозначения точного числа различных атомов в молекуле или соединении. Эмпирическая формула дает простейшее целочисленное отношение атомов в соединении.Структурная формула указывает на расположение атомов в молекуле. Шаровидные модели и модели, заполняющие пространство, показывают геометрическое расположение атомов в молекуле. Изомеры — это соединения с одной и той же молекулярной формулой, но с различным расположением атомов.

Химия: упражнения в конце главы

1. Объясните, почему символ атома элемента кислорода и формула молекулы кислорода различаются.
2. Объясните, почему символ элемента сера и формула молекулы серы различаются.
3. Напишите молекулярные и эмпирические формулы следующих соединений:

   (а)

   
   (б)
   
   (в)
   
   (г)
   

4. Напишите молекулярные и эмпирические формулы следующих соединений:

   (а)

   (б)
   

   (в)
   

   (г)
   

5. Определите эмпирические формулы для следующих соединений:

   (а) кофеин, C ₈ H ₁₀ N ₄ O ₂

   (б) фруктоза, C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁

   (в) пероксид водорода, H ₂ O ₂

   (г) глюкоза, C ₆ H ₁₂ O ₆

   (e) аскорбиновая кислота (витамин C), C ₆ H ₈ O ₆

6. Определите эмпирические формулы для следующих соединений:

   (а) уксусная кислота, C ₂ H ₄ O ₂

   (б) лимонная кислота, C ₆ H ₈ O ₇

   (в) гидразин, N ₂ H ₄

   (г) никотин, C ₁₀ H ₁₄ N ₂

   (д) бутан, C ₄ H ₁₀

7. Напишите эмпирические формулы для следующих соединений:

   (а)

   (б)

8. Откройте имитацию «Построить молекулу» и выберите вкладку «Большие молекулы».Выберите соответствующий набор атомов, чтобы построить молекулу с двумя атомами углерода и шестью атомами водорода. Перетащите атомы в пространство над «Набором», чтобы создать молекулу. Имя появится, когда вы создадите настоящую существующую молекулу (даже если это не та, которую вы хотите). Вы можете использовать ножницы для разделения атомов, если хотите изменить связи. Нажмите «3D», чтобы увидеть молекулу, и посмотрите на возможности заполнения пространства и шарика и палки.

   (a) Нарисуйте структурную формулу этой молекулы и укажите ее название.

   (b) Можете ли вы расположить эти атомы каким-либо образом, чтобы получить другое соединение?

9. Воспользуйтесь имитацией «Построение молекулы», чтобы повторить упражнение 8 в конце главы «Химия», но постройте молекулу с двумя атомами углерода, шестью атомами водорода и одним кислородом.

   (a) Нарисуйте структурную формулу этой молекулы и укажите ее название.

   (b) Можете ли вы расположить эти атомы так, чтобы образовалась другая молекула? Если да, нарисуйте его структурную формулу и назовите его название.

   (c) Как молекулы, изображенные на (a) и (b), одинаковы? Чем они отличаются? Как они называются (тип взаимоотношений между этими молекулами, а не их названия).

10. Воспользуйтесь имитацией «Построение молекулы», чтобы повторить упражнение 8 в конце главы «Химия», но постройте молекулу с тремя атомами углерода, семью атомами водорода и одним хлором.

    (a) Нарисуйте структурную формулу этой молекулы и укажите ее название.

    (b) Можете ли вы расположить эти атомы так, чтобы образовалась другая молекула? Если да, нарисуйте его структурную формулу и назовите его название.

    (c) Как молекулы, изображенные на (a) и (b), одинаковы? Чем они отличаются? Как они называются (тип взаимоотношений между этими молекулами, а не их имена)?

Глоссарий

эмпирическая формула

формула, показывающая состав соединения, заданный как простейшее целочисленное отношение атомов

изомеры

соединения с одинаковой химической формулой, но разной структурой

молекулярная формула

Формула

, указывающая состав молекулы соединения и дающая фактическое количество атомов каждого элемента в молекуле соединения.

пространственные изомеры

соединения, в которых взаимная ориентация атомов в пространстве различается

структурная формула

показывает атомы в молекуле и то, как они связаны

структурный изомер

одно из двух веществ с одинаковой молекулярной формулой, но с разными физическими и химическими свойствами, поскольку их атомы связаны по-разному

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

1.Символ кислородного элемента, O, представляет как элемент, так и один атом кислорода. Молекула кислорода O ₂ содержит два атома кислорода; индекс 2 в формуле должен использоваться, чтобы отличать двухатомную молекулу от двух одиночных атомов кислорода.

3. (а) молекулярный CO ₂ , эмпирический CO ₂ ; (б) молекулярный C ₂ H ₂ , эмпирический CH; (в) молекулярный C ₂ H ₄ , эмпирический CH ₂ ; (г) молекулярная H ₂ SO ₄ , эмпирическая H ₂ SO ₄

5.а) C ₄ H ₅ N ₂ O; (б) C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ ; (c) HO; (d) CH ₂ O; (д) C ₃ H ₄ O ₃

7. (а) CH ₂ O; (б) C ₂ H ₄ O

9. (а) этанол

(b) метоксиметан, более известный как диметиловый эфир

(c) Эти молекулы имеют одинаковый химический состав (типы и количество атомов), но разные химические структуры.Это структурные изомеры.

Электронная конфигурация — элементы периодической таблицы

Электронная конфигурация элементов таблицы Менделеева

Электронная конфигурация или общая электронная конфигурация или электронная структура атомов или ионов — это расположение орбитальных энергетических уровней для s-, p-, d- и f-блоковых элементов периодической таблицы. В химии или химической науке электрон является ключом к химическому миру для изучения свойств и положения элементов в периодической таблице.Электронная конфигурация или формула расположения электронов элементов таблицы Менделеева используется для лучшего понимания химических свойств, таких как окислительно-восстановительные свойства, степень окисления, энергия ионизации, сродство к электрону, экранирующий эффект, полярность химических связей, свойства кислотных оснований и т. Д.

Реакция достижения химического равновесия — это изменение электронной конфигурации атомов реагента и продукта. Следовательно, органические и неорганические химические реакции лучше понять с помощью электронной конфигурации элементов.

Как найти электронную конфигурацию?

Чтобы найти формулу электронной конфигурации, сначала мы находим порядок электронных энергетических уровней s, p, d и f орбиталей или подуровней. Например, 3s-орбиталь имеет меньшую энергию, чем 3p-орбитали, которые опять же ниже энергии, чем 3d-уровень. Современная классификация элементов периодической таблицы, таких как элементы s, p, d и f, основана на свойствах и общей электронной или электронной конфигурации элементов.

Каковы уровни энергии электронов?

Уровни энергии — это фиксированные расстояния, на которых электроны вращаются вокруг ядра с определенной энергией.Энергия, связанная с определенным энергетическим уровнем, увеличивается с увеличением его расстояния от ядра. Атом водорода содержит только один электрон на 1s уровнях энергии водорода с электронной конфигурацией 1s ¹ . Но читателям сложно запомнить диаграмму уровней энергии электронов для многих электронных конфигураций. Поэтому тривиальный, но наиболее удобный способ запоминания этих электронных уровней энергии приведен под диаграммой.

• Различные электронные орбитали, происходящие из одних и тех же электронных энергетических уровней, написаны горизонтальными линиями.
• Теперь через электронные орбитали проведены наклонные параллельные линии, как показано на рисунке выше.
• Заполнение различных орбиталей числом электронов будет следовать этой конфигурации линий. Согласно приведенной выше структуре диаграммы энергетические уровни конфигурации с электроном построены в следующем порядке: 1s <2s <2p <3s <3p <4s <3d <4p <5s <4d <5p <6s <4f <5d <6p <7s <5f…

Число электронов на энергетических уровнях

Заполнение электронных орбиталей электронами вокруг ядер атомов происходит по определенным правилам.Максимальное количество электронов на основных энергетических уровнях = 2n ² , где n = главное квантовое число. Максимальное количество электрона в подоболочке s, p, d и f орбиталей = 2 (2l + 1). Где l = 0, 1, 2, 3 для орбиталей s, p, d, f. Следовательно, уровни энергии s, p, d, f имеют максимум 2, 6, 10, 14 электронов соответственно.

Принцип Aufbau и электронная конфигурация

Немецкий ученый Ауфбау выражает принцип построения процесса электронной конфигурации на различных электронных орбиталях атомов.Следовательно, согласно этому принципу, электроны заполняются в порядке энергии. Орбитали с самой низкой энергией заполнились первыми, а орбитали с самой высокой энергией заполнились в конце. Электрон будет стремиться к образованию максимального спина. Электроны с подобным спином сначала конфигурируются.

Что такое правило Хунда?

Согласно правилу Хунда, электроны заполняют орбиталь с максимальной спиновой множественностью. Спиновое спаривание происходит только тогда, когда вакантные орбитали с аналогичной энергией недоступны для заполнения.

Электронная конфигурация и таблица Менделеева

Формула электронной конфигурации использует для получения некоторых основных свойств, таких как электромагнитный спектр, химическая связь, электрическая поляризация, дипольный момент, водородная связь и т. Д. Современная периодическая таблица классифицируется на основе химического поведения и электронной конфигурации элементов. Следовательно, формула электронной конфигурации элементов должна быть связана с периодической таблицей. В соответствии с электронной конфигурацией элементы периодической таблицы классифицируются на четыре блока, такие как элементы s, p, d, f-блока.

Электронная конфигурация элементов блока s

Для элементов s-блока электрон попадает на ns-орбитали и постепенно заполняется атомным номером. Группа-1 и 2 принадлежат элементам s-блока в периодической таблице с общей электронной конфигурацией ns ^{1 → 2} , где n = количество электронных оболочек или количество периодов, в которых присутствует элемент.

Электронная конфигурация элементов группы 1

Группа-1 или IA в периодической таблице содержит семь элементов, таких как водород, литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций с общей электронной конфигурацией валентного электрона = ns ¹ , где n = от 1 до 7.Из-за наличия одного электрона во внешней электронной структуре они имеют очень низкую энергию ионизации, но очень высокое сродство к электрону.

Электронная конфигурация элементов группы 2

Элементами Группы 2 или IIA в периодической таблице являются бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий.Еще их называли щелочноземельными металлами. Электронная конфигурация валентной оболочки элементов 2 группы или щелочноземельных металлов равна = ns ² , где n = от 1 до 6.

Электронная конфигурация элементов p-блока

Элементы, в которых p-орбиталь постепенно заполняется электронами, в периодической таблице называются p-блоком.Гелий, электронная конфигурация которого 1s ² , но гелий является членом элементов p-блока. p-block содержит шесть групп от группы-13 до группы-18. Общая формула электронной конфигурации для определения внешней электронной конфигурации элемента p-блока: ns ² np ^{1 → 6} .

Электронная конфигурация элементов группы 13

Группа-13 или IIIA содержит пять элементов, бор, алюминий, галлий, индий, таллий. Электронная конфигурация валентной оболочки элементов группы 13 равна ns ² np ¹ .

Электронная конфигурация элементов группы 14

Углерод, кремний, германий, олово и свинец в периодической таблице относятся к группе-14 или IVA.Общая электронная конфигурация элементов группы 14: ns ² np ² , где n = от 2 до 6.

Электронная конфигурация элементов группы 15

Пять элементов группы 15 или VA: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут.Электронная конфигурация элементов группы 15: ns ² np ³ , где n = от 2 до 6.

Электронная конфигурация элементов группы 16

Кислород, сера, селен, теллур и полоний в периодической таблице принадлежат к группе-16 или VIA.Общая электронная конфигурация элементов группы 16: ns ² np ⁴ , где n = от 2 до 6.

Электронная конфигурация элементов группы 17

Фтор, хлор, бром, йод, астат в периодической таблице принадлежат к группе-17 или VIIA.Общая электронная конфигурация элементов группы 17: ns ² np ⁵ , где n = от 2 до 6.

Электронная конфигурация благородных газов

Неон, аргон, криптон, ксенон, радон в таблице Менделеева относятся к 18 группе или благородным газам.Общая электронная конфигурация благородных газов или элементов группы 18: ns ² np ⁶ , где n = от 1 до 6.

Электронная конфигурация элементов d-блока

Элементы, в которых электрон входит на (n -1) d-орбиталь, называются d-блочными элементами.Они расположены в середине периодической таблицы, между элементами s- и p-блока из-за их химического поведения, такого как точка кипения, плавление за счет удельной теплоемкости, плотности, энергии ионизации, связывания и т. Д. Общая электронная конфигурация валентного электрона 3d , 4d, 5d, 6d элементы представлены как ns ^0,1,2 (n-1) d ^{1 → 10} . Эти элементы называются переходными металлами или элементами. Названия, символы и электронная конфигурация валентной оболочки всех элементов d-блока или переходных металлов приведены под рисунком

Электронная конфигурация первого перехода серии

Первый кристаллический твердый металл в серии 3d или первой серии переходов начинается со скандия и заканчивается цинком.Когда двадцать первый электрон переходит на следующую доступную трехмерную орбиталь с более высокой энергией, пять трехмерных подоболочек заполняются десятью электронами.

Общая электронная конфигурация валентного электрона серии 3d или первой серии переходов, таких как скандий, титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь и цинк, равна [Ar] 4S ^{1 → 2} 3d ^{1 → 10} .

Исключительная электронная конфигурация

Изучая химию, хром и медь, трехмерные элементы нашей окружающей среды раскрывают свою общую форму электронных или электронных тенденций конфигурации в периодической таблице.Следовательно, общая электронная конфигурация валентных электронов хрома и меди равна [Ar] 4s ² 3d ⁴ и [Ar] 4s ² 3d ⁹ . В элементах таблицы Менделеева формула электронной конфигурации полузаполненных и заполненных орбиталей относительно более стабильна, чем частично заполненные орбитали. Таким образом, трехмерная орбиталь хрома и меди записывается, чтобы сформировать новую электронную конфигурацию, такую ​​как [Ar] 4s ¹ 3d ⁵ и [Ar] 4s ¹ 3d ¹⁰ , чтобы получить дополнительную химическую стабильность за счет обменной энергии.

химических формул | Безграничная химия

Молекулярные формулы

Молекулярные формулы — это компактные химические обозначения, которые описывают тип и количество атомов в одной молекуле соединения.

Цели обучения

Определите молекулярную формулу соединения по его названию или структурной формуле.

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Молекулярная формула состоит из химических символов составляющих элементов, за которыми следуют числовые индексы, описывающие количество атомов каждого элемента, присутствующего в молекуле.
• Эмпирическая формула представляет собой простейшее целочисленное отношение атомов в соединении. Молекулярная формула соединения может быть такой же или кратной эмпирической формуле соединения.
• Молекулярные формулы компактны и просты в передаче; однако им не хватает информации о связи и расположении атомов, которая содержится в структурной формуле.

Ключевые термины

• молекулярная формула : формула, которая описывает точное количество и тип атомов в одной молекуле соединения.
• эмпирическая формула : Формула, которая указывает простейшее целочисленное отношение всех атомов в молекуле.
• структурная формула : Формула, указывающая не только количество атомов, но и их расположение в пространстве.

Молекулярные формулы описывают точное количество и тип атомов в одной молекуле соединения. Составляющие элементы представлены своими химическими символами, а количество атомов каждого элемента, присутствующего в каждой молекуле, показано нижним индексом, следующим за символом этого элемента.Молекулярная формула выражает информацию о пропорциях атомов, составляющих конкретное химическое соединение, с использованием одной строки символов и чисел химических элементов. Иногда он также включает другие символы, такие как круглые скобки, тире, квадратные скобки, а также знаки плюс (+) и минус (-).

Для органических соединений углерод и водород указаны как первые элементы в молекулярной формуле, а за ними следуют остальные элементы в алфавитном порядке. Например, для бутана молекулярная формула C ₄ H ₁₀ .Для ионных соединений катион предшествует аниону в молекулярной формуле. Например, молекулярная формула фторида натрия — NaF.

Молекулярная формула — это не химическое название, и оно не содержит слов. Хотя молекулярная формула может подразумевать определенные простые химические структуры, это не то же самое, что полная химическая структурная формула. Молекулярные формулы более ограничивают, чем химические названия и структурные формулы.

Эмпирические и молекулярные формулы

Самые простые типы химических формул называются эмпирическими формулами, которые указывают соотношение каждого элемента в молекуле.Эмпирическая формула — это простейшее целочисленное отношение всех атомов в молекуле. Например:

• Молекулярная формула глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆ . Молекулярная формула указывает точное количество атомов в молекуле.
• Эмпирическая формула выражает наименьшее целочисленное отношение атомов в элементе. В этом случае эмпирическая формула глюкозы CH ₂ O.

Чтобы преобразовать эмпирическую формулу в молекулярную, эмпирическую формулу можно умножить на целое число, чтобы получить молекулярную формулу.В этом случае эмпирическая формула должна быть умножена на 6, чтобы получить молекулярную формулу.

Примеры эмпирических и молекулярных формул

• Соединение гексоксида дихлора имеет эмпирическую формулу ClO ₃ и молекулярную формулу Cl ₂ O ₆
• Соединение перекиси водорода имеет эмпирическую формулу HO и молекулярную формулу H ₂ O ₂

Молекулярные формулы и структурные формулы

Молекулярные формулы не содержат информации о расположении атомов.По этой причине одна молекулярная формула может описывать несколько различных химических структур. Структурная формула используется для обозначения не только количества атомов, но и их расположения в пространстве. Структурная формула не так компактна и проста в передаче, но она дает информацию, которую молекулярная формула не касается относительного расположения атомов и связи между атомами. Соединения, которые имеют общую химическую формулу, но имеют различную химическую структуру, известны как изомеры, и они могут иметь совершенно разные физические свойства.

Структурная формула бутана : Химическая структура бутана указывает не только количество атомов, но и их расположение в пространстве.

Эмпирические формулы

Эмпирические формулы описывают простейшее целочисленное соотношение элементов в соединении.

Цели обучения

Вывести эмпирическую формулу молекулы с учетом ее массового состава

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Эмпирические формулы — самая простая форма записи.
• Молекулярная формула соединения равна его эмпирической формуле или является целым числом, кратным ей.
• Подобно молекулярным формулам, эмпирические формулы не уникальны и могут описывать ряд различных химических структур или изомеров.
• Для определения эмпирической формулы массовый состав ее элементов может использоваться для математического определения их соотношения.

Ключевые термины

• эмпирическая формула : Обозначение, показывающее соотношения различных элементов, присутствующих в соединении, без учета фактических чисел.

Химики используют различные обозначения для описания и обобщения атомных составляющих соединений. Эти обозначения, которые включают эмпирические, молекулярные и структурные формулы, используют химические символы для элементов вместе с числовыми значениями для описания атомного состава.

Эмпирические формулы — самая простая форма записи. Они обеспечивают наименьшее целочисленное соотношение между элементами в соединении. В отличие от молекулярных формул, они не предоставляют информацию об абсолютном количестве атомов в одной молекуле соединения.Молекулярная формула соединения равна его эмпирической формуле или является целым числом.

Структурные формулы против эмпирических формул

Эмпирическая формула (например, молекулярная формула) не содержит какой-либо структурной информации о расположении или связывании атомов в молекуле. Таким образом, он может описывать ряд различных структур или изомеров с различными физическими свойствами. Для бутана и изобутана эмпирическая формула для обеих молекул: C ₂ H ₅ , и они имеют одну и ту же молекулярную формулу, C ₄ H ₁₀ .Однако одно структурное представление для бутана — это CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , в то время как изобутан можно описать с помощью структурной формулы (CH ₃ ) ₃ CH.

Бутан : Структурная формула бутана.

Изобутан : структурная формула изобутана.

Определение эмпирических формул

Эмпирические формулы могут быть получены с использованием данных о массовом составе. Например, анализ горения можно использовать следующим образом:

• Анализатор CHN (прибор, который может определять состав молекулы) может использоваться для определения массовых долей углерода, водорода, кислорода и других атомов в образце неизвестного органического соединения.
• Как только относительные массовые доли элементов известны, эту информацию можно преобразовать в моли.
• Эмпирическая формула — это наименьшее возможное целочисленное отношение элементов.

Пример 1

Предположим, вам дали такое соединение, как метилацетат, растворитель, обычно используемый в красках, чернилах и клеях. Когда метилацетат был химически проанализирован, было обнаружено, что он содержит 48,64% углерода (C), 8,16% водорода (H) и 43,20% кислорода (O).Для определения эмпирических формул мы предполагаем, что у нас есть 100 г соединения. В этом случае проценты будут равны массе каждого элемента в граммах.

Шаг 1: Измените каждый процент на выражение массы каждого элемента в граммах. То есть 48,64% C превращается в 48,64 г C, 8,16% H превращается в 8,16 г H, а 43,20% O превращается в 43,20 г O, потому что мы предполагаем, что у нас есть 100 г всего соединения.

Шаг 2: Преобразуйте количество каждого элемента в граммах в его количество в молях.

[латекс] \ left (\ frac {48.64 \ mbox {g C}} {1} \ right) \ left (\ frac {1 \ mbox {mol}} {12.01 \ mbox {g C}} \ right) = 4.049 \ \ text {mol} [/ латекс]

[латекс] \ left (\ frac {8.16 \ mbox {g H}} {1} \ right) \ left (\ frac {1 \ mbox {mol}} {1.008 \ mbox {g H}} \ right) = 8.095 \ \ text {mol} [/ латекс]

[латекс] \ left (\ frac {43.20 \ mbox {g O}} {1} \ right) \ left (\ frac {1 \ mbox {mol}} {16.00 \ mbox {g O}} \ right) = 2.7 \ \ text {mol} [/ латекс]

Шаг 3: Разделите каждое из мольных значений на наименьшее из мольных значений.

[латекс] \ frac {4.049 \ mbox {mol}} {2.7 \ mbox {mol}} = 1.5 [/ латекс]

[латекс] \ frac {8.095 \ mbox {mol}} {2.7 \ mbox {mol}} = 3 [/ латекс]

[латекс] \ frac {2.7 \ mbox {mol}} {2.7 \ mbox {mol}} = 1 [/ latex]

Шаг 4: При необходимости умножьте эти числа на целые, чтобы получить целые числа; если операция выполняется с одним из номеров, она должна выполняться со всеми ними.

[латекс] 1,5 \ раз 2 = 3 [/ латекс]

[латекс] 3 \ раз 2 = 6 [/ латекс]

[латекс] 1 \ times 2 = 2 [/ латекс]

Таким образом, эмпирическая формула метилацетата: C ₃ H ₆ O ₂ .

Пример 2

Эмпирическая формула декана: C ₅ H ₁₁ . Его молекулярная масса составляет 142,286 г / моль. Какова молекулярная формула декана?

Шаг 1. Рассчитайте молекулярную массу по эмпирической формуле (молекулярная масса C = 12,011 г / моль и H = 1,008 г / моль)

5 (12,0111 г / моль) + 11 (1,008 г / моль) = C ₅ H ₁₁

60,055 г / моль + 11,008 г / моль = 71,143 г / моль на C ₅ H ₁₁

Шаг 2: Разделите молекулярную массу молекулярной формулы на молекулярную массу эмпирической формулы, чтобы найти соотношение между ними.

[латекс] \ frac {142,286 \ г / моль} {71,143 \ г / моль} = 2 [/ латекс]

Поскольку вес молекулярной формулы в два раза больше веса эмпирической формулы, должно быть вдвое больше атомов, но в том же соотношении. Следовательно, если эмпирическая формула декана C ₅ H ₁₁ , молекулярная формула декана вдвое больше, или C ₁₀ H ₂₂ .

От молекулярной формулы к эмпирической формуле — YouTube : Это видео показывает, как перейти от молекулярной формулы соединения к соответствующей эмпирической формуле.

Формулы ионных соединений

Ионная формула должна удовлетворять правилу октетов для составляющих атомов и электрической нейтральности для всего соединения.

Цели обучения

Создайте эмпирическую формулу ионного соединения, учитывая его молекулярные составляющие.

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Общая ионная формула соединения должна быть электрически нейтральной, то есть не иметь заряда.
• При написании формулы ионного соединения сначала идет катион, затем анион, оба с числовыми индексами, указывающими количество атомов каждого.
• Многоатомные ионы — это набор ковалентно связанных атомов, имеющих общий заряд, что делает их ионами.
• Многоатомные ионы образуют ионные связи обычным образом, балансируя таким образом, чтобы все соединение было электрически нейтральным.

Ключевые термины

• многоатомный ион : набор ковалентно связанных атомов, которые имеют общий заряд, что делает их ионом.
• одноатомный ион : Ион, состоящий только из одного атома, например Cl-.

Ионные связи образуются за счет переноса одного или нескольких валентных электронов между атомами, обычно между металлами и неметаллами. Перенос электронов позволяет атомам эффективно достигать гораздо более стабильной электронной конфигурации с восемью электронами на внешней валентной оболочке (правило октетов). Когда натрий отдает валентный электрон фтору, чтобы стать фторидом натрия, это является примером образования ионной связи.

Образование фторида натрия : перенос электронов между двумя атомами с образованием двух ионов, которые притягиваются друг к другу, потому что они заряжены противоположно.

Написание ионных формул

Ионные соединения могут быть описаны с использованием химических формул, которые представляют собой отношения взаимодействующих элементов, которые находятся в ионном твердом веществе или соли. Ионные твердые тела обычно представлены их эмпирическими формулами. В обозначениях формул элементы представлены своими химическими символами, за которыми следуют числовые индексы, которые указывают относительные соотношения составляющих атомов. Полная формула ионного соединения может быть определена при выполнении двух условий:

• Во-первых, заряд составляющих ионов может быть определен на основе переноса валентных электронов, необходимого для выполнения правила октетов.
• Во-вторых, катионы и анионы соединяются таким образом, что образуется электрически нейтральное соединение.

Например, при реакции кальция и хлора соединение называется хлоридом кальция. Он состоит из катионов Ca ²⁺ и анионов Cl ^— ; эти ионы стабильны, поскольку они заполнили валентные оболочки. Его ионная формула записывается как CaCl ₂ , нейтральная комбинация этих ионов. В конечном соединении потребовались два иона хлорида, потому что кальций имел заряд 2+.Чтобы создать нейтральное соединение, CaCl ₂ , потребовались два иона 1- хлорида, чтобы сбалансировать заряд 2+ от кальция.

Многоатомные ионы

Многоатомные ионы — это набор ковалентно связанных атомов, которые имеют общий заряд, что делает их ионами. Например, гидроксид-ион имеет формулу OH ^-1 . Гидроксид — это соединение, состоящее из кислорода и водорода, которые связаны вместе. В процессе превращения в соединение гидроксид откуда-то получил дополнительный электрон, сделав его OH ^-1 .Создавая ионные соединения с этими многоатомными ионами, относитесь к ним так же, как к обычным одноатомным ионам (только один атом).

Например, гидроксид кальция имеет формулу Ca (OH) ₂ , потому что гидроксид имеет заряд -1, а кальций имеет заряд 2+. Два гидроксида были необходимы, чтобы уравновесить +2 заряда кальция. Скобки использовались, чтобы указать, что ОН был многоатомным ионом и предлагался как «комплексное решение». Два гидроксида нельзя было записать как O ₂ H ₂ , потому что это совершенно другое соединение, чем (OH) ₂ .Скобки всегда используются, когда соединение содержит многоатомные ионы, кратные числу.

Вот список общих многоатомных ионов:

• Аммоний, NH ₄ ⁺
• Карбонат, CO ₃ ^2-
• Бикарбонат, HCO ₃ ^—
• Цианид, CN ^—
• Фосфат, PO ₄ ^3-
• Гидроксид, OH ^—
• Нитрат, NO ₃ ^—
• Перманганат, MnO ₄ ^—
• Сульфат, SO ₄ ^2-
• Тиоцианат, SCN ^—
• Пероксид, O ₂ ^2-

Серия видеороликов «Введение в ионные соединения» от Leah5sci — YouTube : В этом видеоролике объясняются основы работы с ионами.

Образование катионов и анионов — Ионные соединения, часть 2 — YouTube : В этом видео показано, как моноатомные ионы получают свой заряд и как быстро определить заряд ионов, глядя на периодическую таблицу.

Как написать электронную графическую формулу

Чтобы научиться составлять электронные графические формулы, важно понимать теорию строения атомного ядра. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов.Вокруг ядра атома электроны расположены на электронных орбиталях.

Вам понадобится

• — ручка;
• — бумага для заметок;
• — периодическая система элементов (таблица Менделеева).

Инструкция по эксплуатации

1

Электроны в атоме занимают свободные орбитали в последовательности, называемой энергетической шкалой: 1s / 2s, 2p / 3s, 3p / 4s, 3d, 4p / 5s, 4d, 5p / 6s, 4d, 5d, 6p / 7s, 5f, 6д, 7п. Два электрона с противоположными спинами, направлениями вращения, могут быть расположены на одной орбитали.

2

Структура электронных оболочек выражается графическими электронными формулами. Используйте матрицу, чтобы написать формулу. В одной ячейке могут находиться один или два электрона с противоположными спинами. Электроны обозначены стрелками. Матрица четко показывает, что два электрона могут находиться на s-орбиталях, на p-орбиталях — 6, на d — 10, на f -14.

3

Рассмотрим в качестве примера принцип составления электронной графической формулы для марганца.Найдите марганец в периодической таблице. Его порядковый номер 25, что означает, что в атоме 25 электронов, это элемент четвертого периода.

4

Запишите порядковый номер и символ элемента рядом с матрицей. В соответствии с энергетической шкалой последовательно заполняем уровни 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, вводя два электрона в ячейку. Получится 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 = 20 электронов. Эти уровни заполнены.

5

У вас осталось еще пять электронов и пустой 3-й уровень.Поместите электроны в ячейки d-подуровня, начиная слева. Поместите электроны с одинаковыми спинами в ячейки по одному. Если все ячейки заполнены, начиная слева, добавьте второй электрон с противоположным спином. Марганец имеет пять d-электронов, расположенных по одному в каждой ячейке.

6

Электронные графические формулы ясно показывают количество неспаренных электронов, определяющих валентность.

примечание

Помните, что химия — это наука об исключениях.На атомах боковых подгрупп Периодической системы происходит «проскальзывание» электронов. Например, в хроме с порядковым номером 24 один из электронов с уровня 4s переходит в ячейку d-уровня. Аналогичное действие оказывают молибден, ниобий и др. Кроме того, существует понятие возбужденного состояния атома, когда парные электроны испаряются и переходят на соседние орбитали. Поэтому при составлении электронных графических формул для элементов пятого и последующих периодов подгруппы обращайтесь к справочнику.

как составить электронную формулу химического элемента

Периодическая таблица | Безграничная химия

Периодическая таблица

Таблица Менделеева показывает все элементы и их физические свойства; он устроен на основе атомных номеров и электронных конфигураций.

Цели обучения

Определите общие периодические тенденции, которые можно вывести из периодической таблицы элементов

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• В периодической таблице перечислены все элементы с информацией об их атомном весе, химических символах и атомных номерах.
• Расположение таблицы Менделеева позволяет нам визуализировать определенные тенденции среди атомов.
• Вертикальные столбцы (группы) таблицы Менделеева расположены так, что все ее элементы имеют одинаковое количество валентных электронов. Таким образом, все элементы в определенной группе обладают схожими свойствами.

Ключевые термины

• атомный номер : Число, равное количеству протонов в атоме, которое определяет его химические свойства. Символ: Z
.
• группа : Вертикальный столбец в периодической таблице, который обозначает количество электронов валентной оболочки в атоме элемента.
• период : горизонтальная строка в периодической таблице, которая обозначает общее количество электронных оболочек в атоме элемента.

Символы элементов

Периодическая таблица представляет собой сетку 18 X 7, расположенную над меньшим двойным рядом элементов. В периодической таблице перечислены только химические элементы, включая каждый изотоп каждого элемента в одной ячейке. В типичной периодической таблице каждый элемент указан по его символу элемента и атомному номеру.Например, «H» обозначает водород, «Li» обозначает литий и так далее. Большинство элементов представлены первой или двумя первыми буквами своего английского названия, но есть некоторые исключения. Два заметных исключения включают серебро и ртуть. Символ серебра — «Ag» от латинского « argentum», «», что означает «серый» или «сияющий». Символ ртути — «Hg» от латинизированного греческого hydrargyrum, , что означает «вода-серебро». Многие периодические таблицы также включают полное название элемента и цветовую кодировку элементов в зависимости от их фазы при комнатной температуре (твердое, жидкое или газообразное).

Таблица Менделеева : Таблица Менделеева представляет собой табличное отображение всех химических элементов. Атомы сгруппированы в порядке возрастания атомного номера.

Строки и периоды

Символ элемента почти всегда сопровождается другой информацией, такой как атомный номер и атомный вес. Атомный номер описывает количество протонов в одном атоме этого элемента. Например, атом кислорода содержит 8 протонов. Элементы перечислены в порядке возрастания атомного номера слева направо.Каждая строка периодической таблицы называется периодом, а каждый столбец периодической таблицы называется группой (или семьей). У некоторых групп есть особые названия, такие как галогены или благородные газы. Элементы, относящиеся к одному периоду или группе, имеют схожие свойства.

Определение химических свойств с использованием таблицы Менделеева

Химические свойства каждого элемента определяются его электронной конфигурацией и, в частности, его внешними валентными электронами. Расположение элемента в периодической таблице в значительной степени зависит от его электронов; количество электронов валентной оболочки определяет его группу, а тип орбитали, на которой находятся валентные электроны, определяет блок элемента.Кроме того, общее количество электронных оболочек атома определяет, какому периоду он принадлежит. Из-за своей структуры периодическая таблица стала чрезвычайно полезным инструментом для оценки и предсказания тенденций изменения содержания элементов и химии.

Химия 3.1 Введение в Периодическую таблицу — YouTube : Введение в периодическую таблицу, которая определяет металлы, неметаллы и металлоиды по местоположению, а также сравнивает и сравнивает физические свойства металлов и неметаллов.

Молекулы

Молекулы — это электрически нейтральные соединения, состоящие из нескольких атомов, связанных друг с другом химическими связями.

Цели обучения

Распознавать общие свойства молекул

Ключевые выводы

Ключевые моменты