§ 19. Валентность. Химические формулы
Химия, 7 класс. Учебник: Оспанова М.К. и др. (Мектеп, 2025). Глава 7: Относительная атомная масса. Простейшие химические формулы. Страницы 96–101.
Чему научишься
- Читать химическую формулу и объяснять, что показывают индексы и коэффициент.
- Объяснять, что такое валентность, и находить валентности по таблице.
- Составлять формулы бинарных соединений (например оксидов) по валентности.
- Определять валентность элемента по готовой формуле.
Разминка
- Какие простые вещества состоят из двухатомных молекул? Водород H₂, азот N₂, кислород O₂, фтор F₂, хлор Cl₂, бром Br₂, иод I₂. Эти формулы стоит выучить.
- Как записать «один атом углерода»? Просто символом C. Для обозначения атома достаточно знака элемента.
- Чем отличаются записи O₂ и 2O? O₂ — одна молекула кислорода из двух атомов. 2O — два отдельных атома кислорода.
💡 Формула — это как пароль к веществу. Прочитал её — и знаешь, какие атомы и сколько штук в молекуле.
Разбираемся
Формула: что в ней зашифровано
Химическая формула — условная запись состава вещества с помощью символов элементов и индексов. Она показывает, из каких элементов состоит вещество (качественный состав) и сколько атомов каждого в молекуле (количественный).
- Индекс — маленькая цифра внизу справа от знака. Он говорит, сколько атомов этого элемента в молекуле. Если индекса нет, значит атом один.
- Коэффициент — большая цифра перед формулой. Он говорит, сколько всего молекул (или свободных атомов).
| Запись | Что значит | Как читают |
|---|---|---|
| H₂ | 1 молекула: 2 атома водорода | «аш-два» |
| SO₃ | 1 молекула: 1 атом серы и 3 атома кислорода | «эс-о-три» |
| K₂SO₄ | 2 атома калия, 1 атом серы, 4 атома кислорода | «калий-два-эс-о-четыре» |
| 3NH₃ | 3 молекулы аммиака, в каждой по 1 атому азота и 3 водорода (всего 3 атома N и 9 атомов H) | «три-эн-аш-три» |
⚠️ Частая ошибка. Путают индекс и коэффициент. Индекс «прилип» к знаку элемента и меняет состав молекулы. Коэффициент стоит перед всей формулой и меняет только число молекул. H₂O — вода, а 2H₂O — две молекулы воды.
Валентность: сколько «рук» у атома
Валентность — это способность атома присоединять определённое число атомов другого элемента. Единица измерения — валентность водорода: у водорода она равна I. Если атом присоединяет два атома водорода, он двухвалентен, три — трёхвалентен и так далее.
Смотрим на примеры (валентность пишут римской цифрой над элементом):
| Формула | Хлор Cl | Сера S | Азот N | Углерод C |
|---|---|---|---|---|
| HCl | I | |||
| H₂S | II | |||
| NH₃ | III | |||
| CH₄ | IV |
Закономерность простая: сколько атомов водорода «держит» один атом элемента, такова и его валентность.
Водородные соединения есть не у всех элементов, зато почти все соединяются с кислородом. Кислород всегда двухвалентен, поэтому валентность определяют и по нему. В оксидах MgO и CaO на один атом металла приходится один атом кислорода, значит, магний и кальций двухвалентны.
📌 Кислород всегда II, водород всегда I. На этих двух «якорях» держится почти вся работа с валентностью.
Постоянная и переменная валентность
У многих элементов валентность в соединениях одна и та же. У других она меняется. Сера в SO₂ четырёхвалентна, а в SO₃ шестивалентна. Если валентность переменная, её пишут в скобках после названия: FeO — оксид железа (II), Fe₂O₃ — оксид железа (III).
| Валентность | Элементы |
|---|---|
| Постоянная | |
| I | H, Na, K, Li |
| II | O, Be, Mg, Ca, Ba, Zn |
| III | Al, B |
| Переменная | |
| I и II | Cu |
| II и III | Fe, Co, Ni |
| II и IV | C, Sn, Pb, Si |
| III и V | P |
| II, III и VI | Cr |
| II, IV и VI | S |
🌟 Железо в FeO и Fe₂O₃ ведёт себя по-разному, поэтому ржавчина (в основном Fe₂O₃) и «окалина» (FeO) разные вещества. Хром из Актюбинской области тоже мастер на перемены: у него валентности II, III и VI.
Бинарные соединения и алгоритм составления формулы
Вещество из двух элементов называют бинарным соединением. Типичные примеры — оксиды (соединения элемента с кислородом).
Чтобы составить формулу, нужны валентности. Алгоритм на примере оксидов натрия, алюминия и фосфора (V):
- Пишем символы рядом: NaO, AlO, PO.
- Ставим над ними валентности: Na — I, Al — III, P — V; у кислорода везде II.
- Находим наименьшее общее кратное (НОК) двух валентностей: для Na и O это 2, для Al и O это 6, для P и O это 10.
- Делим НОК на валентность каждого элемента, получаем индексы. Индекс 1 не пишем.
Для остальных получаем:
| Оксид | Валентности | НОК | Индексы | Формула |
|---|---|---|---|---|
| натрия | Na I, O II | 2 | 2 : 1 | Na₂O |
| алюминия | Al III, O II | 6 | 2 : 3 | Al₂O₃ |
| фосфора (V) | P V, O II | 10 | 2 : 5 | P₂O₅ |
📌 Главная проверка: валентность умножить на индекс должно быть одинаково у обоих элементов. В Al₂O₃: 3·2=2·3=6.
Обратная задача: находим валентность по формуле
Если формула известна, а валентность одного элемента нет, делаем наоборот.
- Пишем формулу и валентность известного элемента.
- Считаем общее число единиц валентности: валентность умножаем на индекс.
- Делим это число на индекс второго элемента. Получаем его валентность.
Пример: Fe₂O₃. Кислород II, атомов три, значит 2·3=6. Это 6 единиц валентности приходится на 2 атома железа, поэтому 6:2=3. Железо в этом оксиде трёхвалентно.
👨👩👧 Родителю. Предложите ребёнку «играть в валентность»: вы называете элемент (например, алюминий), он называет число рук (III), потом вместе придумываете формулу его оксида. Это быстрее и веселее, чем зубрить таблицу.
🌟 Знаешь ли ты? Самое длинное химическое название у ДНК из митохондрии человека. Если записать его полностью, получится около 207 тысяч знаков.
Проверь, как понял
Проверь себя
- Что показывает химическая формула? Из каких элементов состоит вещество и сколько атомов каждого в молекуле.
- Чем коэффициент отличается от индекса? Индекс стоит внизу после символа и показывает число атомов в молекуле. Коэффициент стоит перед формулой и показывает число молекул.
- Что такое бинарное соединение? Вещество, состоящее из атомов двух химических элементов, например оксиды.
- Какова валентность водорода и кислорода? У водорода I, у кислорода II (постоянно).
- Что такое НОК и зачем он в этом алгоритме? Наименьшее общее кратное двух валентностей. Делим его на каждую валентность и получаем индексы.
- Как проверить, что формула составлена верно? Валентность умножить на индекс должно дать одно и то же число для обоих элементов.
Решаем упражнения
Валентности берём из таблицы 14: H, Na, K, Li, Ag — I; O, Mg, Ca, Ba, Zn — II; Al, B — III; кислород всегда II, водород I.
Проверь себя (в конце параграфа)
№ 1
Что отображает химическая формула вещества?
Как думать. Вспомни, из чего состоит запись формулы: символы и цифры.
Пример ответа. Формула показывает качественный состав (какие элементы входят в вещество) и количественный (сколько атомов каждого в молекуле). Например, H₂SO₄: водород, сера, кислород в соотношении 2:1:4.
Ответ: качественный и количественный состав вещества.
№ 2
Что показывают коэффициент и индексы в химической формуле?
Как думать. Сравни H₂O и 2H₂O: что меняется, когда ты дописываешь цифру внизу, а что — когда перед формулой.
Пример ответа. Индекс (маленькая цифра внизу справа от символа) показывает число атомов элемента в молекуле. Коэффициент (цифра перед формулой) показывает число молекул (или свободных атомов).
Ответ: индекс — число атомов в молекуле; коэффициент — число молекул.
№ 3
Запиши формулы веществ: а) вода; б) оксид азота (на один атом азота два атома кислорода); в) сероводород (на два атома водорода один атом серы); г) оксид фосфора (на два атома фосфора пять атомов кислорода).
Как думать. Здесь валентности не нужны: соотношение атомов дано в условии. Количество атомов каждого элемента записываем индексами.
Решение.
- а) в воде на два атома водорода один атом кислорода: H₂O;
- б) один атом азота и два атома кислорода: NO₂ (индекс 1 не пишем);
- в) два атома водорода и один атом серы: H₂S;
- г) два атома фосфора и пять атомов кислорода: P₂O₅.
Ответ: а) H₂O; б) NO₂; в) H₂S; г) P₂O₅.
№ 4
Что такое валентность химических элементов? Приведи примеры элементов с постоянной и переменной валентностью.
Как думать. Дай определение «свойство атомов присоединять…» и подбери примеры из таблицы 14.
Пример ответа. Валентность — это свойство атомов элемента присоединять определённое число атомов другого элемента. За единицу взята валентность водорода.
- Постоянная валентность: H, Na, K, Li (I); O, Mg, Ca, Ba, Zn (II); Al, B (III).
- Переменная валентность: Cu (I и II), Fe (II и III), S (II, IV и VI), C (II и IV), P (III и V), Cr (II, III и VI).
Ответ: валентность — способность атомов присоединять определённое число атомов другого элемента; постоянная, например, у Na, O, Al; переменная — у Fe, Cu, S.
№ 5
Определи валентность элементов по формулам: HgO, ZnO, NiO, BaO, PH₃, SiH₄, H₂O, CH₄, HF, HBr.
Как думать. Известный элемент — кислород (II) или водород (I). Валентность умножаем на индекс и делим на индекс второго элемента.
Решение.
| Формула | Известный элемент | Расчёт | Валентность второго |
|---|---|---|---|
| HgO | O — II, атом 1 | 2·1:1 | Hg — II |
| ZnO | O — II | 2·1:1 | Zn — II |
| NiO | O — II | 2·1:1 | Ni — II |
| BaO | O — II | 2·1:1 | Ba — II |
| PH₃ | H — I, атомов 3 | 1·3:1 | P — III |
| SiH₄ | H — I, атомов 4 | 1·4:1 | Si — IV |
| H₂O | H — I, атомов 2 | 1·2:1 | O — II |
| CH₄ | H — I, атомов 4 | 1·4:1 | C — IV |
| HF | H — I | 1·1:1 | F — I |
| HBr | H — I | 1·1:1 | Br — I |
Ответ: Hg, Zn, Ni, Ba — II; P — III; Si — IV; O (в воде) — II; C — IV; F — I; Br — I.
№ 6
Над символами элементов указаны валентности. Составь формулы: Ag(I)O, Ca(II)O, P(V)O, Si(IV)O, Rb(I)O, P(III)H, Mn(VII)O, B(III)O, S(II)H, N(V)O, Cr(III)Cl, Zn(II)O, Si(IV)H.
Как думать. Работаем по алгоритму: находим НОК валентностей, делим на каждую валентность и получаем индексы. Кислород II, водород I, хлор I.
Решение.
| Что дано | Второй элемент | НОК | Индексы | Формула |
|---|---|---|---|---|
| Ag (I) | O (II) | 2 | Ag 2, O 1 | Ag₂O |
| Ca (II) | O (II) | 2 | 1 и 1 | CaO |
| P (V) | O (II) | 10 | P 2, O 5 | P₂O₅ |
| Si (IV) | O (II) | 4 | Si 1, O 2 | SiO₂ |
| Rb (I) | O (II) | 2 | Rb 2, O 1 | Rb₂O |
| P (III) | H (I) | 3 | P 1, H 3 | PH₃ |
| Mn (VII) | O (II) | 14 | Mn 2, O 7 | Mn₂O₇ |
| B (III) | O (II) | 6 | B 2, O 3 | B₂O₃ |
| S (II) | H (I) | 2 | S 1, H 2 | H₂S |
| N (V) | O (II) | 10 | N 2, O 5 | N₂O₅ |
| Cr (III) | Cl (I) | 3 | Cr 1, Cl 3 | CrCl₃ |
| Zn (II) | O (II) | 2 | 1 и 1 | ZnO |
| Si (IV) | H (I) | 4 | Si 1, H 4 | SiH₄ |
Проверка выборочно: P₂O₅: 5·2=2·5=10; B₂O₃: 3·2=2·3=6; CrCl₃: 3·1=1·3.
Ответ: Ag₂O, CaO, P₂O₅, SiO₂, Rb₂O, PH₃, Mn₂O₇, B₂O₃, H₂S, N₂O₅, CrCl₃, ZnO, SiH₄.
Шпаргалка
- Бинарное соединение состоит из двух элементов (например, оксиды).
- Кислород всегда II, водород всегда I.
- Проверка формулы: валентность · индекс у обоих элементов одинаково.
- Переменную валентность пишут в скобках: оксид железа (III) — Fe₂O₃.