Wartościowość, wzory sumaryczne i strukturalne

ZWIĄZEK CHEMICZNY zawiera atomy co najmniej dwóch różnych pierwiastków połączonych ze sobą za pomocą wiązań chemicznych. Liczbę wiązań utworzonych przez atom danego pierwiastka w cząsteczce związku chemicznego nazywamy wartościowością. Znając wartościowość pierwiastków wchodzących w skład związku chemicznego możemy ustalić jego wzór sumaryczny.

Zadanie 1

Odczytaj, co oznaczają następujące symbole i wzory:

a) Ca, 5Zn, Br₂, 3Fe, 8P₄, 2H, P₄

b) 4H₂O, 2S, O₂, 6C, 10CO₂, 5HNO₃

Odpowiedź:

a) Ca - jeden atom wapnia (sam symbol pierwiastka oznacza jeden atom)

5Zn - pięć atomów cynku (cyfra wpisana przed symbolem pierwiastka oznacza liczbę atomów)

Br2 - jedna dwuatomowa cząsteczka bromu (cyfra z prawej strony oznacza dwa atomy bromu tworzące jedną cząsteczkę, brak jakiejkolwiek cyfry z lewej strony oznacza jedną cząsteczkę)

3Fe - trzy atomy żelaza (cyfra przed symbolem oznacza liczbę atomów)

8P₄ - osiem czteroatomowych cząsteczek fosforu (cyfra z prawej strony oznacza cztery atomy fosforu tworzące jedną cząsteczkę, liczba 8 przed symbolem oznacza osiem takich cząsteczek)

2H - dwa atomy wodoru (cyfra przed symbolem oznacza liczbę atomów)

P₄ - jedna czteroatomowa cząsteczka fosforu (cyfra z prawej strony oznacza liczbę atomów wchodzących w skład jednej cząsteczki)

b) 4H₂O - cztery cząsteczki wody (sam wzór H2O oznacza jedną cząsteczkę wody, cyfra przed wzorem podaje liczbę cząsteczek)

2S - dwa atomy siarki (cyfra przed symbolem podaje liczbę atomów)

O₂ - jedna dwuatomowa cząsteczka tlenu (cyfra z prawej strony symbolu pierwiastka podaje liczbę atomów wchodzących w skład jednej cząsteczki, brak jakiejkolwiek cyfry z lewej strony oznacza jedną cząsteczkę)

6C - sześć atomów węgla (cyfra przed symbolem pierwiastka oznacza ilość atomów)

10CO₂ - dziesięć cząsteczek dwutlenku węgla (liczba przed wzorem związku oznacza liczbę cząsteczek związku)

5HNO₃ - pięć cząsteczek kwasu azotowego (V) (cyfra przed wzorem podaje liczbę cząsteczek związku)

Zadanie 2

Zapisz za pomocą symboli i wzorów:

a) dwa atomy magnezu

b) cztery dwuatomowe cząsteczki chloru

c) jeden atom sodu

d) trzy cząsteczki kwasu siarkowego (VI)

e) pięć trójatomowych cząsteczek tlenu

f) jedna cząsteczka tlenku azotu(II)

Odpowiedź:

a) 2Mg (symbol pierwiastka - Mg oznacza jeden atom, chcąc zapisać dwa atomy wstawiamy 2 przed symbolem)

c) 4Cl₂ (najpierw zapisujemy jedną cząsteczkę chloru wpisując za symbolem pierwiastka podaną liczbę atomów, w tym przypadku dwa, tj. Cl₂. Aby zapisać cztery cząsteczki, wstawiamy 4 przed Cl₂)

e) Na (jeden atom wyrażamy samym symbolem pierwiastka)

d) 3H₂SO₄ (jedną cząsteczkę kwasu siarkowego (VI) przedstawia wzór H₂SO₄ a zatem aby zapisać trzy cząsteczki, należy umieścić 3 przed wzorem związku)

e) 5O₃ (jedna trójatomowa cząsteczka tlenu zbudowana jest z trzech atomów tlenu, a zatem musimy z prawej strony symbolu umieścić cyfrę trzy - O₃. Aby uzyskać pięć cząsteczek, dopisujemy cyfrę pięć z lewej strony - 5O₃)

f) NO (sam wzór związku przedstawia zawsze jedną cząsteczkę)

WZÓR SUMARYCZNY podaje rodzaj i liczbę atomów wchodzących w skład cząsteczki związku chemicznego np. H₂CO₃ - jedna cząsteczka kwasu węglowego zbudowana z dwóch atomów wodoru, jednego atomu węgla i trzech atomów tlenu. Zatem zapis 2NH₃ oznacza dwie cząsteczki amoniaku. Każda z nich składa się z jednego atomu azotu i trzech atomów wodoru, a więc dwie cząsteczki zawierają dwa atomy azotu i sześć atomów wodoru, łącznie 8 atomów.

Zadanie 3

Oblicz łączną liczbę atomów w:

a) jednej cząsteczce kwasu fosforowego (V)

b) trzech cząsteczkach kwasu węglowego

Rozwiązanie:

Aby uzyskać łączną liczbę atomów w cząsteczce, należy dodać do siebie liczby atomów poszczególnych pierwiastków wchodzących w jej skład. Najpierw należy obliczyć łączną liczbę atomów w jednej cząsteczce kwasu dodając do siebie liczby atomów wodoru, węgla i tlenu. W trzech cząsteczkach jest trzy razy więcej atomów, dlatego liczbę atomów obliczoną dla jednej cząsteczki należy pomnożyć przez 3.

1 cząsteczka H₂CO₃ zawiera łącznie 6 atomów

3 cząsteczki H₂CO₃ zawierają łącznie 18 atomów

Odpowiedź:

a) w jednej cząsteczce H₃PO₄ znajduje się łącznie 8 atomów,

b) w trzech cząsteczkach H₂CO₃ znajduje się łącznie 18 atomów

Zadanie 4

Zapisz taką liczbę cząsteczek kwasu azotowego (V) - HNO₃, aby zawierała ona tyle atomów wodoru, ile znajduje się ich

a) w jednej cząsteczce kwasu siarkowego (IV) - H₂SO₃

b) w sześciu cząsteczkach wodorku arsenu - AsH₃

Rozwiązanie:

W cząsteczce H2SO3 znajdują się 2 atomy wodoru, czyli trzeba zapisać taką ilość cząsteczek HNO3 w której będą również 2 atomy wodoru. Ponieważ 1 cząsteczka HNO3 zawiera 1 atom wodoru, to 2 atomy znajdują się w dwóch cząsteczkach - 2HNO3 (mnożymy liczbę atomów wodoru w cząsteczce - 1, przez liczbę cząsteczek wyrażonych cyfrą przed wzorem - 2). W jednej cząsteczce AsH3 znajdują się trzy atomy wodoru (mnożymy liczbę atomów wodoru - 3 przez cyfrę przed symbolem), zatem w 6 cząsteczkach znajduje się ich 12. Tyle samo atomów wodoru musi się znaleźć w odpowiedniej liczbie cząsteczek HNO3. Skoro w jednej cząsteczce HNO3 jest 1 atom wodoru, to 12 atomów znajduje się w 18 cząsteczkach.

Zadanie 5

W której ilości cząsteczek znajduje się najwięcej atomów:

a) tlenu: 3H3BO3, 2H2S2O3, 5HCOOH

b) fosforu: 4P4O10, 6P2O6, 8H3PO4

Rozwiązanie:

Aby znaleźć liczbę atomów tlenu w danym związku, należy kolejno pomnożyć liczbę atomów tlenu w cząsteczce (cyfra przy symbolu potasu w prawym dolnym rogu) przez liczbę cząsteczek (cyfra przed wzorem). Brak cyfry z prawej strony symbolu oznacza 1 atom. Następnie należy wybrać tę liczbę, w której jest najwięcej atomów tlenu.

Odpowiedź: Najwięcej atomów tlenu znajduje się w 3H₃BO₃.

Obliczamy liczbę atomów fosforu kolejno dla każdej substancji, mnożąc liczbę atomów fosforu w cząsteczce (cyfra w prawym dolnym rogu P) przez liczbę cząsteczek (cyfra przed wzorem związku). W przypadku, kiedy mamy nawias we wzorze, np. Mg3(PO4)2 to mnożymy liczbę atomów fosforu znajdujących się w nawiasie - 1 przez cyfrę będącą za nawiasem - 2. Wynik ten mnożymy teraz przez liczbę cząsteczek (cyfra przed wzorem), tj. 6.

Odpowiedź: Najwięcej atomów fosforu znajduje się w 4P₄O₁₀.

USTALANIE WZORU SUMARYCZNEGO. Znając wartościowość pierwiastków tworzących dany związek można ustalić jego wzór sumaryczny. Należy pamiętać, że wodór jest zawsze jednowartościowy, a tlen dwuwartościowy. Wartościowość pozostałych pierwiastków podana jest w nazwie związku, w treści zadania lub odczytujemy ją z Układu Okresowego. Zapisujemy ją cyfrą rzymską nad symbolem danego pierwiastka, a następnie wpisujemy na krzyż, ustalając wzór sumaryczny.

np. mamy napisać wzór sumaryczny związku składającego się z atomów:

W nawiasach podana jest wartościowość pierwiastków.

Piszemy więc symbole podanych pierwiastków obok siebie, a nad nimi wartościowość. Następnie wpisujemy ją na krzyż w prawym dolnym rogu symboli pierwiastków.

Wpisując wartościowość na krzyż dostajemy wzór...

ponieważ cyfry jeden nie zapisuje się we wzorze, a jedynie liczby większe od niej, zatem prawidłowy wzór wygląda następująco:

ponieważ wartościowości (IV i II) mają wspólny dzielnik, wpisując cyfry na krzyż przy symbolach skracamy je w tym przypadku przez 2, a zatem poprawny wzór ma postać...

Zadanie 6

Ustal wzory sumaryczne związków chemicznych składających się z podanych pierwiastków:

Dla związków o wiązaniach jonowych budujących struktury krystaliczne (sól kuchenna) wyznaczamy wzory jednostek formalnych - także wzory cząsteczkowe, które informują nas jedynie o stechiometrii sieci krystalicznej. Wiadomo, że taka cząsteczka nie istnieje.

Rozwiązanie:

Ponieważ liczby 2 i 4, które należałoby zapisać przy symbolach węgla i tlenu ( ) mają wspólny dzielnik, skracamy je przez 2; 2/2=1 (jedynki nie wpisujemy, zostaje sam symbol węgla), 4/2=2 (wpisujemy za symbolem tlenu). Liczb 2 i 3 nie da się skrócić, dlatego w tym przypadku za symbolami pierwiastków od razu wpisujemy wartościowości (oczywiście na krzyż). W tym przypadku pierwiastki mają taką samą wartościowość, a więc pozostają w stosunku 1 do 1 (jedynek nie wpisujemy do wzoru).

Liczbę odpowiadającą wartościowości miedzi wpisujemy na krzyż za symbolem chloru, cyfrę 1 (wartościowość chloru) pomijamy. Wpisując liczby odpowiadające wartościowościom chromu i tlenu skracamy je przez wspólny dzielnik, dla 6 i 2 jest to 2. Do wzoru wpisujemy 3 za tlenem (6/2=3), za chromem nie ma żadnej liczby (2/2=1, pomijamy).

Zadanie 7

Podaj wartościowość pierwiastków w następujących związkach: Mn₂O₇, N₂O₃, SO₃, Na₂O, H₂S, FeO, NO₂.

Rozwiązanie:

Chcąc podać wartościowość pierwiastków w danym związku postępujemy odwrotnie niż do tej pory. Cyfry podające liczbę atomów wpisujemy na krzyż nad symbolami pierwiastków. Pamiętamy, że tlen jest zawsze II-wartościowy. Wartościowość odczytujemy wpisując na krzyż liczby atomów azotu i tlenu. Gdybyśmy wpisali liczby atomów na krzyż, nad symbole pierwiastków mielibyśmy I-wartościowy tlen, co jest niemożliwe! Tlen jest zawsze II-wartościowy! A zatem należy zacząć od wpisania wartościowości II nad tlenem. Skoro w cząsteczce są 3 atomy tlenu, a każdy jest II-wartościowy, wartościowość siarki (a więc liczba wiązań) musi wynosić VI. Przenosimy liczby atomów nad symbole pierwiastków (oczywiście na krzyż). Brak cyfry za symbolem tlenu oznacza w tym przypadku 1. Korzystamy z reguły „krzyża”, pamiętając o tym, że wodór w związkach jest I-wartościowy.

Ponieważ pierwiastki występują w tym związku w stosunku 1 do 1 (1 atom żelaza przypada na 1 atom tlenu), to muszą mieć taką samą wartościowość. Znamy wartościowość tlenu - II, a zatem wartościowość żelaza również wynosi II. Skoro w cząsteczce są 2 atomy tlenu, każdy II-wartościowy, to azot musi być IV-wartościowy (wynik mnożenia wartościowości tlenu przez liczbę jego atomów w cząsteczce).

WZÓR STRUKTURALNY oprócz rodzaju i liczby atomów przedstawia sposób ich połączenia, np.

Pamiętaj, że dla związków, w których udział wiązania jonowego jest duży (łączy się metal z niemetalem) wzór określa jedynie kolejność połączenia atomów ułatwiając w toku dalszej nauki zrozumienie procesu tworzenia jonów.

Zadanie 8

Narysuj wzory strukturalne następujących związków:

a) MgH₂

b) N₂O₃

c) Ag₂O

d) KOH

e) H₂CO₃

f) Al(OH)₃

g) HNO₂

h) FeCl₃

i) NaNO₃

j) K₂SO₄

k) MgCO₃

l) Ba(NO₃)₂

m) Ca₃(PO₄)₂

Ponieważ cząsteczka MgH2 składa się z jednego atomu Mg i dwóch atomów H, rysowanie wzoru strukturalnego zaczynamy od napisania 1 symbolu magnezu (z lewej strony) i 2 symboli wodoru (po prawej stronie, jeden nad drugim). Ze wzoru sumarycznego odczytujemy wartościowość (czyli liczbę wiązań, które przedstawiamy za pomocą kresek we wzorze strukturalnym) Mg-II , H-I. Skoro magnez jest II-wartościowy, to muszą od niego wychodzić 2 wiązania (2 kreski), po jednym do każdego z dwóch atomów wodoru (każdy z nich jest I-wartościowy). Łączymy zatem narysowane wcześniej symbole, tak aby liczba kresek (wiązań) wychodzących od danego pierwiastka była zgodna z jego wartościowością.

Ponieważ cząsteczka N2O3 składa się z 2 atomów azotu i 3 atomów tlenu, zaczynamy od napisania po lewej stronie 2 symboli azotu (jeden pod drugim) i 3 symboli tlenu (jeden pod drugim). Wiedząc ze wzoru sumarycznego, że każdy atom azotu jest w tym związku III-wartościowy, a atom tlenu II-wartościowy ( ), rysujemy teraz odpowiednią ilość kresek (wiązań) pomiędzy atomami. Musimy to zrobić tak, aby od każdego atomu azotu wychodziły 3 kreski (wiązania), a do każdego atomu tlenu dochodziły 2 kreski (wiązania). Ponieważ do atomu tlenu mogą dochodzić tylko 2 wiązania (rys. 1), to trzecie wiązanie od atomu azotu dochodzi do kolejnego atomu tlenu (rys. 2). Teraz środkowy atom tlenu ma tylko jedno wiązanie, a musi mieć dwa, więc kieruje drugie wiązanie do drugiego atomu azotu (pierwszy ma już 3 wiązania). W ten sposób drugi atom azotu „wykorzystał” jedno wiązanie (rys. 3), pozostałe dwa kieruje do trzeciego atomu tlenu (rys. 4). Cząsteczka Ag2O składa się z 2 atomów srebra, 1 atomu tlenu. Każdy z atomów srebra jest I-wartościowy, więc rysujemy po jednej kresce, stąd do atomu tlenu dochodzą 2 kreski (2 wiązania) co zgadza się z jego wartościowością (II). Piszemy kolejno symbole: K, O i H. Od atomu potasu, który jest I-wartościowy rysujemy jedną kreskę do atomu tlenu. Tlen jest II-wartościowy, a zatem musimy narysować drugą kreskę, ale skierowaną już do atomu wodoru, który jest I-wartościowy. Piszemy kolejno jeden pod drugim 2 atomy wodoru (rys. 1). Następnie piszemy tyle samo atomów tlenu, ile jest atomów wodoru (rys. 2). Teraz pośrodku piszemy symbol niemetalu (C), rys. 3. Na końcu dopisujemy pozostałą liczbę atomów tlenu, nie uwzględnionych do tej pory we wzorze (rys. 4). W cząsteczce H2CO3 są 3 atomy tlenu, zapisane zostały 2, więc pozostał jeden. Teraz pamiętając o wartościowości rysujemy wiązania. Od każdego atomu wodoru może wychodzić tylko jedna kreska (H jest I-wartościowy). Ponieważ tlen jest II-wartościowy, musi za pomocą drugiego wiązania połączyć się z atomem węgla. Pozostaje jeszcze jeden atom tlenu, który wiązaniem podwójnym (tlen jest II-wartościowy) łączy się z 1 atomem węgla, który jest IV-wartościowy. Rysujemy kolejno: 1 atom glinu, 3 atomy tlenu i 3 atomy wodoru. Ze wzoru sumarycznego AL(OH)3 wiemy, że glin jest III-wartościowy, a więc odchodzą od niego 3 kreski, po jednej do każdego atomu tlenu. Ponieważ tlen jest II-wartościowy, kieruje drugie wiązanie do atomu wodoru (I-wartościowy).

Rysujemy kolejno: 1 atom wodoru, a więc i 1 atom tlenu, następnie atom niemetalu (N) i pozostałą liczbę atomów tlenu (w cząsteczce HNO2 są 2 atomy tlenu, jeden został zapisany, pozostał jeden). Pamiętając, że wodór jest I-wartościowy rysujemy jedną kreskę od atomu wodoru do atomu tlenu. Atom tlenu jest II-wartościowy, więc musi mieć jeszcze jedno wiązanie, którym łączy się z atomem azotu. Ostatni atom tlenu musi wiązaniem podwójnym połączyć się z atomem azotu, który jest III-wartościowy. Rysujemy kolejno 1 atom żelaza i 3 atomy chloru (jeden pod drugim). Ponieważ żelazo jest III-wartościowe w tym związku, to muszą wychodzić od niego 3 wiązania (3 kreski) po jednym do każdego atomu chloru, który jest I-wartościowy. Aby narysować wzór strukturalny soli, dobrze jest zacząć od narysowania wzoru strukturalnego kwasu, od którego wywodzi się ta sól, czyli HNO3... Rysujemy 1 atom wodoru, 1 atom tlenu, 1 atom azotu i pozostałe 2 atomy tlenu. Zaznaczamy resztę kwasową (w ramce). Teraz rysujemy wzór strukturalny soli, tj. atom sodu i obok niego przerysowujemy zaznaczony wcześniej wzór reszty kwasowej... Ponieważ sód jest I-wartościowy, a atom tlenu II-wartościowy, łączymy oba atomy jednym wiązaniem (rysujemy 1 kreskę). Zaczynamy od narysowania wzoru strukturalnego kwasu H2SO4 od którego wywodzi się ta sól, a więc kolejno: 2 atomy wodoru, 2 atomy tlenu, 1 atom siarki i pozostałe 2 atomy tlenu. Zaznaczamy resztę kwasową... Rysujemy wzór struktury soli, tj. 2 atomy potasu i zaznaczony fragment przedstawiający resztę kwasową... Ponieważ każdy z atomów potasu jest I-wartościowy rysujemy po jednym wiązaniu od potasu do tlenu, dzięki czemu tlen uzyskuje drugie wiązanie (jest II-wartościowy).

Zaczynamy od wzoru strukturalnego kwasu (kolejno 2 atomy wodoru, 2 atomy tlenu, 1 atom węgla i 1 atom tlenu). Zaznaczamy resztę kwasową... Piszemy symbol magnezu i przerysowujemy wzór reszty kwasowej. Ponieważ atom magnezu jest II-wartościowy, a znajdującym się obok niego atomom tlenu brakuje po jednym wiązaniu (tlen jest II-wartościowy), rysujemy po kresce od magnezu do każdego z atomów tlenu. Zaczynamy od narysowania wzoru strukturalnego HNO3. Ponieważ cząsteczka soli składa się z 1 atomu Ba, który jest II-wartościowy i dwóch reszt kwasowych (cyfra za nawiasem we wzorze sumarycznym Ba(NO3)2 piszemy 1 raz symbol baru i dwa razy przerysowujemy zaznaczony fragment. Ze wzoru sumarycznego wiemy, że bar jest II-wartościowy, a zatem muszą od niego wychodzić 2 wiązania, po jednym do każdego atomu tlenu. Rysujemy wzór strukturalny kwasu H3PO4 i zaznaczamy resztę kwasową. Rysujemy wzór soli, tj. 3 atomy wapnia i 2 reszty kwasowe (przerysowujemy zaznaczony fragment kwasu 2 razy). Wiedząc, że każdy atom wapnia jest II-wartościowy, a do każdego atomu tlenu może dojść jeszcze tylko jedno wiązanie, rysujemy po 2 kreski wychodzące od każdego atomu wapnia (po jednej do każdego atomu tlenu).

Autorzy opracowań: B. Wojnar, B. Włodarczyk, A Sabak, D. Stopka, A Szostak, D. Pietrzyk, A. Popławska, E. Seweryn, M. Zagnińska, J. Paciorek, E. Lis, M. D. Wyrwińska, A Jaszczuk, A Barszcz, A. Żmuda, K. Stypinska, A Radek, J. Fuerst, C. Hadam, I. Kubowia-Bień, M. Dubiel, J. Pabian, M. Lewcun, B. Matoga, A. Nawrot, S. Jaszczuk, A Krzyżek, J. Zastawny, K. Surówka, E. Nowak, P. Czerwiński, G. Matachowska, B. Więsek, Z. Daszczyńska, R. Całka

Zgodnie z regulaminem serwisu www.opracowania.pl, rozpowszechnianie niniejszego materiału w wersji oryginalnej albo w postaci opracowania, utrwalanie lub kopiowanie materiału w celu rozpowszechnienia w szczególności zamieszczanie na innym serwerze, przekazywanie drogą elektroniczną i wykorzystywanie materiału w inny sposób niż dla celów własnej edukacji bez zgody autora jest niedozwolone.

Wybierz treść

Wybierz szkołę

Wybierz przedmiot

Wybierz dział

Opracowania

Wartościowość, wzory sumaryczne i strukturalne