Dodaj do ulubionych Udostępnij materiał Wydrukuj

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.

Już wiesz
  • że związki chemiczne to substancje złożone z co najmniej dwóch pierwiastków chemicznych połączonych trwale ze sobą;

  • że istnieją związki kowalencyjne zbudowane z cząsteczek i związki jonowe zbudowane z jonów;

  • że wzór sumaryczny substancji opisuje skład jej cząsteczki (substancje kowalencyjne) lub najmniejszy zbiór tworzących ją jonów (związki jonowe);

  • jakie są wzory sumaryczne następujących substancji: azotu, chloru, wodoru, wody, dwutlenku węgla, chlorowodoru, amoniaku, chlorku sodu, chlorku magnezu, chlorku glinu;

  • jak powstają jony sodu, magnezu, glinu, chlorkowe i siarczkowe.

Nauczysz się
  • odczytywania zapisów chemicznych przedstawiających atomy, cząsteczki i zespoły jonów.

i7gPfQFCwd_d5e132

1. Czy możemy określić budowę cząsteczki związku kowalencyjnego na podstawie jego wzoru?

Wzór chemiczny związku kowalencyjnego opisuje budowę jego cząsteczek. Użyte we wzorach symbole pierwiastków informują o rodzaju atomów tworzących cząsteczkę, a cyfry umieszczone z prawej strony u dołu symbolu informują o ich liczbie. Cyfry, za pomocą których wyrażamy liczbę atomów w cząsteczce, nazywają się indeksami stechiometrycznymiindeks stechiometrycznyindeksami stechiometrycznymi. Są one także nazywane indeksami dolnymi. Umieszcza się je we wzorze zawsze za symbolem pierwiastka, do którego atomów się odnoszą. Jeśli indeks stechiometryczny jest równy jedności, cyfry 1 nie wstawiamy. We wzorze chemicznym wody H2O indeks stechiometryczny dla wodoru wynosi 2, a dla tlenu – 1. Na tej podstawie możemy powiedzieć, że cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu.

R1awgNKBJdKDp1
Symboliczny zapis cząsteczki wody. Brak cyfry (indeksu stechiometrycznego) za symbolem atomu tlenu informuje, że w cząsteczce wody znajduje się jeden atom tlenu
R13oKhBemWK9K1
Animacja wyjaśnia sposób tworzenia sumarycznego wzoru cząsteczki wody. Rozpoczyna się od rysunku modelu cząsteczki, czyli dużej czerwonej kuli przedstawiającej atom tlenu i dwóch mniejszych białych kul przedstawiających atomy wodoru. Na kulach pojawiają się symbole odpowiadających im pierwiastków, a punkty połączeń oznaczane są kreskami. W ten sposób powstaje wzór strukturalny kreskowy. Następnie znika obraz modelu cząsteczki, a następnie kreski łączące symbole pierwiastków. Leżące w jednej linii litery H powoli zbliżają się do siebie i łączą, zamieniając w literę H z dolnym indeksem 2. Znak ten przesuwa się następnie do góry i lokuje przed literą O, tworząc wzór sumaryczny cząsteczki wody.

Wzór NH3 to wzór amoniaku – substancji której cząsteczki są zbudowane z jednego atomu azotu i trzech atomów wodoru.

R18WX1jmTdA2H1
Animacja wyjaśnia sposób tworzenia sumarycznego wzoru cząsteczki amoniaku. Rozpoczyna się od rysunku modelu cząsteczki, czyli niebieskiej kuli przedstawiającej atom azotu i trzech mniejszych białych kul przedstawiających atomy wodoru. Na kulach pojawiają się symbole odpowiadających im pierwiastków, a kule stopniowo znikają. Pomiędzy symbolem azotu i symbolami wodoru pojawiają się łączące je kreski. W ten sposób powstaje wzór strukturalny kreskowy. Znikają kreski, a litery H powoli zbliżają się do siebie i łączą, zamieniając w literę H z dolnym indeksem najpierw 2, a potem 3. Znak ten przesuwa się następnie do góry i lokuje za literą O, tworząc wzór sumaryczny cząsteczki 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 H2SO4 możemy wywnioskować, że cząsteczka związku opisanego tym wzorem składa się z dwóch atomów wodoru, jednego atomu siarki i czterech atomów tlenu. Podobnie wzór H3PO4 mówi nam, że cząsteczka substancji o tym wzorze zbudowana jest z trzech atomów wodoru, jednego atomu fosforu i czterech atomów tlenu.

i7gPfQFCwd_d5e211

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 (H2O, H2O, H2O) opiszemy jako 3H2O. Liczbę umieszczoną przed wzorem związku nazywa się współczynnikiem stechiometrycznymwspółczynnik stechiometrycznywspółczynnikiem stechiometrycznym.

R9Ik50Isk6ZHz1
Trzy cząsteczki wody

Spróbujmy określić liczbę poszczególnych atomów pierwiastków w zbiorze trzech cząsteczek wody: 3H2O. Jedna cząsteczka zawiera dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu, zaś w trzech znajduje się razem 3 · 2, czyli sześć atomów wodoru i 3 · 1, tj. trzy atomy tlenu.

R1TNe11MbhoNw1
Liczba atomów poszczególnych pierwiastków w trzech cząsteczkach wody

Pięć cząsteczek amoniaku, 5NH3, to łącznie (5 · 1 = 5) pięć atomów azotu i (5 · 3 = 15) piętnaście atomów wodoru.

R1dkJJpqFRDUH1
Liczba atomów poszczególnych pierwiastków w pięciu cząsteczkach amoniaku
Interpretacja zapisów zbiorów przykładowych cząsteczek

Zapis symboliczny zbioru

Opis słowny zbioru

Liczba poszczególnych atomów pierwiastków

Liczba
wszystkich atomów w zbiorze

C
Cl
H
N
O
4NH3

cztery cząsteczki amoniaku

12

4

16

2HCl

dwie cząsteczki chlorowodoru

2

2

4

100CO2

sto cząsteczek dwutlenku węgla

100

200

300

106O2

milion cząsteczek tlenu

2 · 106

2 · 106

1024N2

kwadrylion cząsteczek azotu

2 · 1024

2 · 1024

RxinboeW7QCt01
Prezentacja rozpoczyna się od planszy ze wzorem sumarycznym wody, H2O. Następuje wyróżnienie żółtym kolorem współczynnika 2 za atomem wodoru oraz pustej przestrzeni za atomem tlenu. Pojawia się podpis Indeksy stechiometryczne. Następuje zmiana planszy na zawierającą zdjęcie pełnej cukierniczki oraz wzorem sumarycznym sacharozy C12H22O11. Indeksy stechiometryczne węgla, wodoru i tlenu obecne we wzorze zostają wyróżnione pomarańczowym kolorem. Następnie pod wzorem cząsteczki pojawia się liczba 1, a na ekranie pojawiają się trzy kolejne, również numerowane wzory cząsteczek sacharozy. Wszystkie numery poza ostatnim, czwórką, znikają, a sama czwórka zostaje wyróżniona i przesunięta na środek ekranu, gdzie pod nią pojawia się podpis Współczynnik stechiometryczny, a za nią wzór sumaryczny cząsteczki sacharozy. Liczba 4 zostaje wyróżniona kolorem turkusowym, podobnie jak indeksy przy symbolach atomów. Poniżej pojawia się podsumowanie wprowadzonych pojęć: Indeks stechiometryczny opisuje, ile atomów poszczególnych pierwiastków tworzy cząstkę. Współczynnik stechiometryczny mówi o liczbie cząstek.
i7gPfQFCwd_d5e265

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 O2, zbudowane z dwóch atomów (tlen atmosferyczny, składnik powietrza) oraz cząsteczki trójatomowe O3, zbudowane z trzech atomów (ozon, obecny w powietrzu w trakcie wyładowań atmosferycznych).

Indeks stechiometryczny przy symbolu pierwiastka równy liczbie 3 wskazuje, że cząsteczki ozonu są zbudowane z trzech atomów tlenu.

Współczynnik stechiometryczny zapisany przed symbolem (np. 6Cl – 6 atomów chloru ) lub wzorem (np. 6Cl2 – 6 cząsteczek chloru) informuje o liczbie atomów lub cząsteczek. Zapis 6Cl wskazuje na 6 wolnych niezwiązanych atomów chloru, natomiast 6Cl2 – na obecność 6 dwuatomowych cząsteczek chloru, czyli łącznie 12 atomów.

RKu1a8Rl9Wk491
Sześć cząsteczek chloru
Ri5JrN61dNROI1
Sześć atomów chloru
Liczba poszczególnych atomów w różnych zapisach chemicznych

Zapis symboliczny
zespołu atomów
lub cząsteczek

Opis słowny
zespołu atomów
lub cząsteczek

Liczba poszczególnych atomów pierwiastków

Cl
H
I
N
O
P
S
 H

jeden atom wodoru

1

H2

jedna cząsteczka wodoru

2

4Cl

cztery atomy chloru

4

4Cl2

cztery cząsteczki chloru

8

6N

sześć atomów azotu

6

3N2

trzy cząsteczki azotu

6

10O

dziesięć atomów tlenu

10

5O2

pięć cząsteczek tlenu

10

2O3

dwie cząsteczki ozonu

6

I

jeden atom jodu

1

I2

jedna cząsteczka jodu

2

3P

trzy atomy fosforu

3

3P4

trzy cząsteczki fosforu

12

6S

sześć atomów siarki

6

6S8

sześć cząsteczek siarki

48

i7gPfQFCwd_d5e308

4. Jak interpretujemy zapisy dotyczące związków jonowych?

Związki jonowe powstają z połączenia metali z niemetalami. Związki te są zbudowane z jonów, które ułożone są 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, NaCl, informuje, że kryształ chlorku sodu jest zbudowany z kationów sodu (Na+) i anionów chlorkowych (Cl-), a ich stosunek ilościowy wynosi 1 : 1.

Inna substancja jonowa, chlorek glinu, o wzorze AlCl3, jest zbudowana z kationów glinu (Al3+) i anionów chlorkowych (Cl-). W tym związku najmniejszy zbiór powtarzających się jonów tworzą jeden jon glinu (kation) i trzy jony chlorkowe (aniony).
W krysztale kolejnej substancji jonowej, siarczku potasu, o wzorze K2S, na jeden anion siarczkowy (S2-) przypadają dwa kationy potasu (K+).

Liczby umieszczone przed wzorem związku jonowego (współczynniki stechiometryczne) określają liczbę najmniejszych zbiorów tworzących kryształ. Na przykład zapis 10NaCl oznacza dziesięć zbiorów składających się z jednego kationu sodu (Na+) i jednego anionu chlorkowego (Cl-).

RgbS2gVmgEgp71
Źródło: Krzysztof Jaworski.
Interpretacja zapisów chemicznych dotyczących związków jonowych

Zapis symboliczny

Liczba poszczególnych jonów

kation glinu Al3+

anion chlorkowy Cl-

kation potasu K+

kation magnezu Mg2+

anion siarczkowy S2-

5AlCl3

5

15

7MgCl2

14

7

1024 K2S

2 · 1024

1 · 1024

i7gPfQFCwd_d5e352

5. Jak interpretujemy zapisy chemiczne z użyciem prostych wzorów chemicznych?

Spróbujmy odczytać zapis dotyczący tlenku azotu(IV): 4NO2. Aby dobrze zinterpretować to wyrażenie, musimy rozstrzygnąć, czy przedstawiony związek jest kowalencyjny, czy jonowy. Związek o wzorze NO2 składa się z dwóch niemetali. Jak pamiętamy, wiązania kowalencyjne są tworzone przez atomy niemetali, dlatego możemy sądzić, że wzór opisuje związek kowalencyjny, zbudowany z cząsteczek. W opisie zbioru 4NO2 można posługiwać się pojęciem cząsteczka. Liczba 4 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 2 znajdująca się za O). Razem w zbiorze są (4 · 1 = 4) cztery atomy azotu i (4 · 2 = 8) osiem atomów tlenu.

R1TwPtdZLE22b1
Źródło: Krzysztof Jaworski, Bożena Karawajczyk.

Wzór NaBr opisuje inną substancję, bromek sodu, zbudowaną z metalu (sodu) i niemetalu (bromu). W związkach zbudowanych z metalu i niemetalu występują wiązania jonowe. Z tego względu możemy przyjąć, że związek o wzorze NaBr 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 NaBr znajduje się jeden kation sodu (Na+) i jeden anion bromkowy (Br-).

W zbiorze zapisanym jako 4NaBr znajdują się cztery kationy sodu (Na+) i cztery aniony bromkowe (Br-).

R2wwzW7PsGUTV1
Źródło: Krzysztof Jaworski, Bożena Karawajczyk.
i7gPfQFCwd_d5e394

6. Jak interpretujemy zapisy chemiczne z użyciem złożonych wzorów chemicznych?

W niektórych wzorach grupy atomów zapisuje się w nawiasie, po którym występuje liczba, np. Ca3(PO4)2. W zaprezentowanym zbiorze liczba 2 odnosi się do wszystkich atomów znajdujących się w nawiasie. Aby dokładnie pokazać, jak należałoby ilościowo rozumieć zastosowany zapis, rozpiszmy ten wzór:

R8KwICf8XbNg71
Źródło: Krzysztof Jaworski, Bożena Karawajczyk.

Podany wzór Ca3(PO4)2 możemy zinterpretować następująco: w zbiorze znajdują się trzy atomy wapnia, dwa atomy fosforu (2 · 1 = 2) i osiem atomów tlenu (2 · 4 = 8). W zbiorze opisanym wzorem 2Ca3(PO4)2 mamy (2 · 3 = 6) sześć atomów wapnia (2 · 2 = 4), cztery atomy fosforu i (2 · 2 · 4 = 16) szesnaście atomów tlenu.

Interpretacja przykładowych zapisów chemicznych

Zapis chemiczny

Liczba atomów poszczególnych pierwiastków w zespole

Liczba wszystkich atomów

Al
Ca
H
Mg
N
O
P
S
Al2S3

2

3

5

3Al2S3

6

9

15

Ca(OH)2

1

2

2

5

4HNO3

4

4

12

20

2H3PO4

6

8

2

16

2Mg(OH)2

4

2

4

10

i7gPfQFCwd_d5e435

Podsumowanie

  • Za pomocą wzorów chemicznych można przedstawiać określoną liczbę cząsteczek, atomów i jonów.

  • Liczbę atomów w cząsteczce bądź jonów w jednostce formalnej przedstawia się przy użyciu indeksu stechiometrycznego. We wzorze substancji liczbę tę zapisuje się z prawej strony u dołu symbolu pierwiastka.

  • Liczbę atomów, cząsteczek bądź jednostek formalnych związku jonowego określa się, wykorzystując współczynnik stechiometryczny – liczbę zapisywaną przed wzorem sumarycznym związku.

Praca domowa
Polecenie 1.1

Pewna substancja jonowa ma wzór sumaryczny AX2. Symbol A oznacza metal, natomiast X – niemetal. Które z podanych niżej jonów mogłyby tworzyć ten związek jonowy? Napisz wzór tego związku w zeszycie.
Jony do wyboru: Cl-, S2-, K+, Mg2+, Al3+.

Wskazówka

Pamiętaj, że wzór sumaryczny przedstawia najmniejszy zbiór powtarzających się jonów w krysztale związku jonowego, który jest elektrycznie obojętny.

i7gPfQFCwd_d5e492

Słowniczek

indeks stechiometryczny
indeks stechiometryczny

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)

współczynnik stechiometryczny
współczynnik stechiometryczny

liczba zapisywana przed symbolem lub wzorem chemicznym, która określa liczbę atomów, cząsteczek lub najmniejszych zbiorów powtarzających się jonów w krysztale

i7gPfQFCwd_d5e550

Zadania

Ćwiczenie 1
RB2iEzgKXAxf21
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
R1VNutn7nFQ621
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
R1GaItBjZG9GD1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
RgdJihBUaq90Y1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 5
RKKQoTRz6DxtJ1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 6
RXyN6QlkFmMpl1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 7
R1DA9QukECviY1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.