# Химические формулы

Химия · 8 класс · Вещества и химические реакции
Источник: https://razlozheno.ru/subject/himiya/8/himicheskie-formuly

Разберёмся, что рассказывает о веществе его химическая формула: какие элементы в неё входят, сколько атомов каждого элемента и почему формула одного и того же чистого вещества всегда одинакова.

## Чему научишься

- Объяснять, что показывает химическая формула вещества.
- Определять качественный и количественный состав вещества по его формуле.
- Формулировать закон постоянства состава веществ и приводить пример.

## С чего начать

Кислород, которым ты дышишь, — это $O_2$. А озон, который защищает Землю в верхних слоях атмосферы, — это $O_3$. Один и тот же элемент, одна маленькая цифра разницы — а вещества совсем разные. Как формула умещает в себе такую разницу?

## 1. Что такое химическая формула

Ты уже встречал формулы в физике: $F = m \cdot a$ — короткая запись правила «сила равна произведению массы на ускорение». В химии формулы работают так же: коротким набором знаков элементов записывают, из чего состоит вещество и сколько атомов каждого элемента входит в его молекулу.

**Химическая формула**

Химическая формула — описание качественного и количественного состава вещества с помощью знаков химических элементов.

*Рисунок: Разноцветные шаровые модели атомов с буквенными обозначениями химических элементов: C, H, O, N, P, S, Cl.*

У формулы есть две стороны: она отвечает и на вопрос «какие элементы?», и на вопрос «сколько атомов каждого?».

**Качественный состав**

Качественный состав — информация о том, атомы каких химических элементов образуют данное вещество.

Представь лабораторные весы: на них раскладывают разные фигуры, чтобы понять, какие вообще предметы есть в наборе — это и есть качественный состав. Мнемоника: КАЧественный состав показывает, КАКие именно элементы образуют данное вещество.

*Рисунок: Лабораторные весы, на чашах которых лежат разные по форме и цвету геометрические фигуры*

**Количественный состав**

Количественный состав — информация о химических элементах, образующих вещество, и о числе их атомов, входящих в состав одной молекулы.

Представь счёты: на спицах отложено строго определённое число костяшек — так же в молекуле у каждого элемента строго определённое число атомов. Мнемоника: КОЛичественный состав указывает, сКОЛЬко атомов каждого элемента содержится в молекуле.

*Рисунок: Классические деревянные счеты, на спицах которых отложено разное число круглых костяшек*

**Пример: Разбираем формулу воды**

1. Формула воды: $H_2O$.
2. Качественный состав: элементы водород (H) и кислород (O).
3. Количественный состав: 2 атома H и 1 атом O в одной молекуле.

**Проверь себя:** Какие два вопроса о составе вещества отвечает химическая формула?
**Ответ:** Какие элементы входят в вещество (качественный состав) и сколько атомов каждого из них (количественный состав).

### Проверь себя

**Что представляет собой химическая формула вещества?**
- Описание качественного и количественного состава вещества с помощью знаков химических элементов — верно
- Математическое соотношение объёмов газов при химическом взаимодействии
- Описание физических свойств вещества и его агрегатного состояния
- Перечисление всех химических реакций, в которых может участвовать данное вещество
> Химическая формула служит для точной передачи сведений о том, из каких элементов состоит вещество и сколько атомов входит в состав его молекулы.

**Какой состав вещества дает информацию только о том, атомы каких химических элементов образуют данное вещество?**
- Качественный состав — верно
- Молярный состав
- Атомный состав
- Количественный состав
> Качественный состав указывает на природу химических элементов, входящих в структуру вещества, без учета их количества.

**Как согласно правилам чтения символов и формул произносится химическая формула серной кислоты $\mathrm{H_2SO_4}$?**
- «гидроген-два-сульфур-оксиген-четыре»
- «аш-два-эс-о-четыре» — верно
- «аш-второй-эс-о-четвёртый»
- «водород-два-сера-кислород-четыре»
> В буквенно-цифровом способе чтения знаки элементов начитаются как соответствующие буквы (H — «аш», S — «эс», O — «о») с перечислением индексов.

**Какую информацию о количественном составе сахара дает его формула $\mathrm{C_{12}H_{22}O_{11}}$?**
- Одна молекула сахара образована $12$ атомами углерода, $22$ атомами водорода и $11$ атомами кислорода — верно
- Сахар состоит из трёх различных химических элементов: углерода, водорода и кислорода
- Молекула сахара содержит всего $3$ атома разных элементов
- В любом образце сахара масса углерода относится к массе водорода как $12$ к $22$
> Индексы рядом с символами $\mathrm{C}$, $\mathrm{H}$ и $\mathrm{O}$ точно указывают число атомов каждого элемента в одной молекуле.

## 2. Индекс — сколько атомов в молекуле

Посмотри на формулы $O_2$ и $O_3$: элемент один и тот же — кислород, но маленькая цифра справа внизу разная. Эта цифра и есть индекс — она показывает, сколько атомов элемента входит в молекулу.

**Индекс**

Индекс — число, записываемое справа внизу от знака соответствующего химического элемента, показывающее число атомов данного элемента в молекуле (индекс 1 не пишут).

Представь конверт: почтовый индекс пишут в нижнем углу — мелко и внизу. Индекс химического элемента точно так же стоит внизу справа от буквы. Мнемоника: ИНДЕКС элемента всегда пишется внизу, точно так же, как почтовый ИНДЕКС пишется в нижнем углу конверта.

*Рисунок: Почтовый конверт, в левом нижнем углу которого нарисована сетка с шаблоном для написания цифр*

*Рисунок: Схема с химическими формулами O2 и H2O, поясняющая понятия «название» и «индекс» для одной молекулы.*

**Пример: Считаем атомы по индексам**

1. Формула серной кислоты: $H_2SO_4$.
2. У водорода индекс 2 — значит, 2 атома H.
3. У серы индекса нет — значит, ровно 1 атом S (индекс 1 не пишут).
4. У кислорода индекс 4 — значит, 4 атома O.

**Неправильно:** Индекс 1 пишут в формуле, например $O_1$.
**Правильно:** Индекс 1 никогда не пишут: запись $O$ уже означает один атом, цифру ставят только начиная с 2.

**Проверь себя:** Сколько атомов азота в молекуле $N_2$?
**Ответ:** 2 атома азота — индекс 2 относится ко всей записи элемента N.

### Проверь себя

**Что обозначает индекс, записываемый справа внизу от знака химического элемента?**
- Число атомов данного элемента в одной молекуле вещества — верно
- Относительную атомную массу химического элемента
- Заряд ядра атома данного химического элемента
- Число молекул вещества, вступающих в реакцию
> Индекс указывает точное количество атомов конкретного элемента, входящих в состав молекулы.

**Почему в химической формуле углекислого газа $\mathrm{CO_2}$ после знака углерода ($\mathrm{C}$) не пишется индекс $1$?**
- Сам химический знак элемента уже обозначает один его атом — верно
- В одной молекуле углекислого газа атомы углерода отсутствуют
- Углерод является главным элементом и не требует индексации
- Индекс $1$ пишется только у элементов, стоящих в конце формулы
> Наличие самого символа элемента указывает на присутствие как минимум одного его атома, поэтому индекс $1$ считается избыточным и опускается.

**Молекула кислорода имеет формулу $\mathrm{O_2}$, а молекула озона — $\mathrm{O_3}$. Как они соотносятся по качественному и количественному составу?**
- Различаются и по качественному, и по количественному составу
- Не различаются ни по качественному, ни по количественному составу
- Имеют одинаковый качественный состав, но различный количественный состав — верно
- Имеют различный качественный состав, но одинаковый количественный состав
> Оба вещества образованы атомами одного и того же элемента — кислорода, но в одной молекуле кислорода $2$ атома, а в озоне — $3$.

## 3. Закон постоянства состава веществ

Формула $H_2O$ у воды из реки, из-под крана и из тающего льда — одна и та же. Это не случайность, а закон.

**Закон постоянства состава веществ**

Закон постоянства состава веществ (Ж. Пруст) — состав любого чистого вещества постоянен и не зависит от способов получения или места нахождения этого вещества.

Представь рецепт: сколько бы раз ни пекли один и тот же пирог по одному рецепту, соотношение муки, сахара и яиц будет одинаковым. Так и с чистым веществом — «рецепт» молекулы (формула) не меняется, откуда бы вещество ни взяли.

*Рисунок: Сера, стакан воды и кусочки сахара с соответствующими химическими формулами и шаростержневыми моделями молекул.*

**Пример: Проверяем закон на формуле сахара**

1. Формула сахара: $C_{12}H_{22}O_{11}$.
2. В любом кусочке сахара — из свёклы или из тростника — соотношение атомов C, H и O в молекуле одно и то же.
3. Поэтому формула сахара везде одна: $C_{12}H_{22}O_{11}$.

**Проверь себя:** Изменится ли формула воды $H_2O$, если её получить из льда, а не из-под крана?
**Ответ:** Нет — по закону постоянства состава формула чистого вещества не зависит от способа получения.

### Проверь себя

**В чём заключается суть закона постоянства состава веществ, сформулированного Ж. Прустом?**
- Состав вещества постоянно меняется в зависимости от его агрегатного состояния
- Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, всегда равна массе образовавшихся веществ
- Любое химическое вещество при нагревании расширяется одинаково
- Состав любого чистого вещества постоянен и не зависит от способов получения или места нахождения этого вещества — верно
> Закон Пруста утверждает неизменность качественного и количественного состава чистых веществ независимо от их происхождения.

## Ключевые термины

- **Химическая формула** — Описание качественного и количественного состава вещества с помощью знаков химических элементов.
- **Качественный состав** — Информация о том, атомы каких химических элементов образуют данное вещество.
- **Количественный состав** — Информация о химических элементах, образующих вещество, и о числе их атомов, входящих в состав одной молекулы.
- **Индекс** — Число, записываемое справа внизу от знака соответствующего химического элемента, показывающее число атомов данного элемента в молекуле (индекс 1 не пишут).
- **Закон постоянства состава веществ** — Состав любого чистого вещества постоянен и не зависит от способов получения или места нахождения этого вещества (Ж. Пруст).

## Итог

- Химическая формула — запись состава вещества знаками химических элементов.
- Качественный состав — какие элементы входят в вещество; количественный — сколько атомов каждого.
- Индекс — число атомов элемента, пишется справа внизу от знака элемента; индекс 1 не пишут.
- Закон постоянства состава: формула чистого вещества не зависит от способа его получения.

## Шпаргалка

### Формулы веществ

- **$H_2O$** — вода — 2 атома H, 1 атом O
- **$CO_2$** — углекислый газ — 1 атом C, 2 атома O
- **$O_2$** — кислород — простое вещество
- **$O_3$** — озон — тот же элемент, другой индекс

### Термины

- **Качественный состав** — какие элементы входят в вещество
- **Количественный состав** — сколько атомов каждого элемента
- **Индекс** — число атомов элемента, пишется справа внизу
- **Закон Пруста** — состав чистого вещества всегда постоянен

### $O_2$ и $O_3$ — одна и та же ловушка

|  | $O_2$ | $O_3$ |
| --- | --- | --- |
| Число атомов | 2 | 3 |
| Название | кислород | озон |

## Любопытное

- Формула сахара $C_{12}H_{22}O_{11}$ — самая длинная в этом уроке: она сразу показывает три вида атомов и их количество в одной молекуле.
- $O_2$ и $O_3$ построены из одного и того же элемента — кислорода, отличаются только индексом.
- Закон постоянства состава сформулировал французский химик Жозеф Пруст.