3 Види хімічних формул

Кожна речовина умовно позначається властивою лише їй хі­мічною формулою.

Хімічна формула — це конструктивно-математична абстракція, що виражає раціональний якісний і кількісний склад хімічної сполуки за допомогою символів хімічних елементів, а також циф­рових, буквених та інших знаків.

Для молекулярних сполук хімічна формула відображає склад молекули. Для сполук з атомною або іонною структурою замість терміна молекула доцільно вживати термін формульна одиниця. З поняттям молекули тісно пов'язане поняття молекулярної маси, з поняттям формульної одиниці — формульної маси.

Хімічні формули, що відображають справжнє число атомів у молекулі, називають молекулярними формулами, наприклад В₂Н₆. Якщо хімічна формула визначає лише відносне співвідношення атомів у молекулі, то її називають емпіричною, або найпростішою, наприклад ВН₃. Для визначення молекулярної формули крім най­простішого співвідношення між атомами елементів треба знати також молекулярну масу.

Графічна формула відображає послідовність взаємного сполу­чення атомів у молекулі з позначенням валентних зв'язків, напри­клад:

Графічні формули не завжди дають уявлення про геометрію молекул і часто спрощено відображають склад сполук

У структурній формулі вказана послідовність і просторове розміщення атомів у молекулі або в кристалі. Структурна формула кристалічних сполук — просторове зображення елементарної ко­мірки або проекції елементарної комірки на одну з координатних площин. Вона дає уявлення про взаємне розміщення атомів, віддалі між ними, валентні кути, наприклад СаТіОз (рис.1.3.).

4 Закономірності перебігу хімічних реакцій

Перетворення речовин можуть бути фазовими і хімічними. Перетворення, в результаті яких змінюється структура або агре­гатний стан речовини, але незмінним залишається її хімічний склад, називають фазовими. Перетворення, за яких змінюється хімічний склад і структура сполук, називають хімічними. Хімічні процеси можуть супроводжуватися і зміною агрегатного стану речовини.

Утворення нових речовин — це руйнування одних хімічних зв'язків і виникнення інших. Перебудова електронних структур атомів, іонів і молекул, що при цьому відбувається, супровод­жується виділенням або поглинанням теплової, променевої, елект­ричної, механічної енергії, тобто перетворенням хімічної енергії в інші форми.

Вміст енергії у системі визначає її стійкість. Щоб з'ясувати, чому одні речовини стійкі, а інші реакційноздатні, як вони взаємо­діють — в якому напрямку і з якою швидкістю — треба розглянути закономірності перебігу хімічних реакцій на основі термодинаміч­ного та кінетичного аспектів.

Термодинаміка розглядає умови стійкості хімічних систем і закони, за якими вони переходять з одного стану в інший, кінети­ка — швидкість і механізм хімічних процесів.

Класифікація хімічних реакцій

Класифікують хімічні реакції за різними ознаками. За енерге­тичним ефектом реакції поділяють на екзотермічні та ендо­термічні. За кількістю вихідних речовин і продуктів розрізняють реакції розкладання та сполучення. Існують реакції заміщення й обміну, які можна звести до реакцій розкладання та сполучення, що відбуваються одночасно. За агрегатним станом компонентів реакції поділяють на гомогенні та гетерогенні. Перебіг гомогенних реакцій відбувається в однорідному середовищі, наприклад у су­міші газів, що реагують, або в розчині. Гетерогенні реакції протіка­ють у неоднорідному середовищі, на поверхні зіткнення реагентів, що перебувають у різних агрегатних станах. Гомогенні та гетеро­генні реакції можуть бути простими й складними. Прості реакції відбуваються за одну елементарну стадію, яка збігається зі стехіометричним рівнянням. Складні реакції мають кілька проміжних стадій з утворенням і наступним розкладанням малостійких про­дуктів. У них крім молекул беруть участь атоми, іони, вільні радикали, активні комплекси тощо. Складні реакції бувають пара­лельні, послідовні, спряжені, ланцюгові, оборотні.

Стехіометричними називають реакції, що здійснюються одно­значно, наприклад, СаСО₃ = СаО + СО₂. За їхніми рівняннями можна виконувати кількісні розрахунки вихідних речовин (реа­гентів) і продуктів реакції.

У нестехіометричному процесі відбувається декілька реакцій з різним співвідношенням реагентів, наприклад:

Нестехіометричний процес термічного розкладу хлорату калію є прикладом паралельних реакцій, коли вихідні речовини реагують одночасно у кількох різних напрямках.

Перебіг послідовних реакцій відбувається у декілька стадій з утворенням проміжних продуктів. Прикладом може бути реакція Ландольта:

Реакція 3 відбувається швидше, ніж реакція 2, тому вільний йод може з'явитись у розчині тільки після окислення всієї сульфітної кислоти.

Спряженими називають такі дві реакції, що відбуваються в одному середовищі, і перша з них залежить у своєму перебігу від другої (хімічна індукція). Наприклад, йодоводнева кислота з хро­мовою безпосередньо не взаємодіє, однак при введенні в систему оксиду Феруму поряд з його окисленням відбувається спряжена реакція окиснення йодоводневої кислоти:

Ланцюгові (радикальні) реакції — це зв'язана система складних реакцій, що відбуваються паралельно, послідовно та спряжено за участю активних центрів (вільних радикалів, тобто атомів або груп атомів з неспареним електроном). Особливість цих реакцій полягає в тому, що один первинний акт активації спричинює взаємодію величезної кількості молекул реагентів. Ланцюгові реакції харак­теризуються зародженням, розвитком і обриванням ланцюга. За­родження ланцюга може ініціюватися електромагнітним або радіо­активним випромінюванням, електричним розрядом, нагріванням тощо. Розрізняють реакції з нерозгалуженими (синтез хлороводню) та розгалуженими (окислення водню) ланцюгами.

Оборотні реакції здійснюються за одних і тих же умов одно­часно у двох взаємно протилежних напрямках, наприклад:

Реакцію, що відбувається зліва направо, називають прямою, а протилежну — зворотною.

Хімічну реакцію записують у вигляді рівняння, у лівій частині якого зазначені речовини, що вступають у реакцію, а в правій — продукти реакції з коефіцієнтами, які зрівнюють число атомів одного й того ж елемента в обидвох частинах рівняння.