Химические знаки и формулы

Химические знаки и формулы.

Химические формулы — есть выражение в условных знаках (символах) химического состава тел, т. е. указание элементов, входящих в состав этих тел, и их относительного весового количества. Каждый элемент обозначается особым символом, который составляется из одной или двух начальных букв его латинского названия. Так, кислород (латинский Oxygenium) обозначается буквой О, водород (Hydrogenium) буквой Н, кремний (Silicium) буквами Si, мышьяк (Arsenicum) буквами As, медь (Cuprum) буквами Сu и т д. Каждый символ означает также и наименьшее весовое количество, иначе пай или соединительный вес, которым он входит в соединение. Пай соответствует весу атома данного элемента по сравнению с весом атома водорода, принимаемого за единицу или, что практически удобнее, по сравнению с весом атома кислорода, принимаемым за 16 (водород =   1,008). Если нужно указать, что данный элемент входит в соединение несколькими паями, то после обозначения элемента ставится цифра, обозначающая число паев данного элемента (например, О₃, Н₂ или О³, Н²). Это выражение указывает, таким образом, число атомов данного элемента. Ставя рядом химические обозначения элементов, образующих сложное вещество, мы обозначаем состав частицы (молекулы), т. е. число атомов элементов, образующих частицу, а, следовательно, и вес молекулы. Формула, выражающая относительную величину молекул, называется частичной или молекулярной. Для газообразных и парообразных тел формула указывает также и плотность или удельный вес (удельный вес водорода принимается за единицу), который равен половине молекулярного веса. И обратно, для вывода таких эмпирических формул, которые выражают только отношение между атомами в молекуле, важно знать удельный вес пара или газа данного вещества. Анализ, например, бензола дает для этого углеводорода отношение углерода (С) к водороду (Н) = 12:1, что соответствует формуле СН. Исследование паров бензола дает цифру 39, что соответствует молекулярному весу = 78; этому весу может отвечать только формула С₆ Н₆, которая и принимается за действительную. В результате формула молекулы говорит очень много. Так, например, формула воды Н₂О означает, что 1) вода состоит из водорода и кислорода; 2) на 2 весовых части (пая) водорода приходится 16 весовых частей (один пай) кислорода; 3) частица (молекула) воды состоит из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода; 4) молекулярный вес воды равен 2 + 16 = 18 и 5) плотность паров воды = 9. Если нужно указать число частиц, то ставится соответствующая цифра (коэффициент) перед формулой частицы: например, 5Н₂О означает пять частиц воды. Формулы строения (конституционные) указывают, — кроме того, что дают описанные, так называемые эмпирические формулы, — также и взаимное отношение атомов в частице. Особенно часто они употребляются для изображения строения органических соединений, так как среди последних весьма часты случаи изомерии, т. е. существования веществ одинакового элементарного состава при неодинаковых свойствах, что объясняется различным расположением атомов в молекуле. Так, например, формулу С₂Н₄О₁₂ имеют два вещества; хлористый этилен и хлористый этилиден. Первый получается из этилена С₂Н₄, второй из этана С₂Н₆ при действии на них хлора (Сl). Формулы строения их изображаются так:

т. е., в первом случае два атома хлора соединены с двумя разными атомами углерода, а во втором с одним и тем же. Черточки обозначают атомность или валентность, т. е., способность данного элемента присоединять то или иное число атомов водорода или равноценного ему элемента. Углерод принимается 4-х атомным , кислород двухатомным  и т. д.

Химическое уравнение есть символическое изображение атомных перемещений, происходящих при химических явлениях (реакциях). В первой части изображаются те вещества, которые вступили в химическую реакцию; между ними ставится знак +; во второй изображается то, что получилось, причем, в случае нескольких веществ, между ними также ставится знак +. Так как сущность химических реакций сводится только к перегруппировке атомов и образованию из них новых молекул, то между обоими выражениями ставится знак равенства, как выражение закона сохранения вещества.

Например, уравнение:

Н₂SО₄ + Zn = Zn SО₄ + Н₂

серная кислота + цинк = сернокислый цинк + водород

обозначает, что при действии цинка на серную кислоту из частиц серной кислоты вытесняются два атома водорода, а на их место становится один атом цинка и получается молекула водорода, состоящая из 2 атомов, и сернокислый цинк (цинковый купорос).

Для изображения обратимых реакций (т. е. реакций, идущих в обоих направлениях), употребляют знак ↔. Так, например, выражение СuSO₄ + 2Na Cl ↔ Na₂ SO₄ + СuСl₂ означает, что реакция не доходит до конца и относительное количество всех 4 веществ может меняться при изменении внешних условий (температуры, масс действующих веществ и т п.).

М. Н.