что такое количественный состав в химии

Химические формулы веществ

Что такое химическая формула?

В любой науке есть своя система обозначений. Химия в этом плане не исключение. Вам уже известно, что для обозначения химических элементов используются символы, образованные от латинских названий элементов. Химические элементы способны образовывать как простые, так и сложные вещества, состав которых можно выразить химической формулой.

Чтобы написать химическую формулу простого вещества необходимо записать символ химического элемента, который образует простое вещество, и справа внизу записать цифру, показывающую количество его атомов. Данная цифра называется индексом.

Например, химическая формула кислорода – О2. Цифра 2 после символа кислорода – это индекс, указывающий, что молекула кислорода состоит из двух атомов элемента кислорода.

Индекс – число, показывающее в химической формуле количество атомов определенного типа Чтобы написать химическую формулу сложного вещества, необходимо знать, из атомов каких элементов оно состоит (качественный состав), и число атомов каждого элемента (количественный состав).

Например, химическая формула пищевой соды – NaHCO3. В состав этого вещества входят атомы натрия, водорода, углерода, кислорода – это его качественный состав. Атомов натрия, водорода, углерода по одному, а атомов кислорода – три. Это количественный состав соды

Химическая формула – условная запись состава вещества при помощи химических символов и индексов

Обратите внимание на то, что если в химической формуле присутствует только один атом одного вида, индекс 1 не ставится. Например, формулу углекислого газа записывают так – CO2, а не С1О2.

Как правильно понимать химические формулы?

При записи химических формул нередко встречаются цифры, которые записывают перед химической формулой.

Например, 2Na, или 5О2. Что обозначают эти цифры и для чего они нужны? Цифры, записанные перед химической формулой, называют коэффициентами.

Коэффициенты показывают общее количество частиц вещества: атомов, молекул, ионов.

Коэффициент – число, которое показывает общее количество частиц.

Коэффициент записывается перед химической формулой вещества молекул кислорода. Обратите внимание, что молекулы не могут состоять из одного атома, минимальное количество атомов в молекуле – два.

Стоит отметить, что ионы могут быть образованы не только атомом одного элемента.

А что будет обозначать запись 2NaCl?

Если на этот вопрос ответить – две молекулы поваренной соли, то ответ не правильный. Поваренная соль, или хлорид натрия, имеет ионную кристаллическую решетку, то есть это ионное соединение и состоит из ионов Na+ и Сl⎺. Пару этих ионов называют формульной единицей вещества. Таким образом, запись 2NaCl обозначает две формульных единицы хлорида натрия. Термин формульная единица используют так же и для веществ атомного строения.

Формульная единица – наименьшая частица вещества немолекулярного строения Ионные соединения так же электронейтральны, как и молекулярные. Значит, положительный заряд катионов полностью уравновешен отрицательным зарядом анионов. Например, какова формульная единица вещества, состоящего из ионов Ag+ и PO4 3−? Очевидно, что для компенсации отрицательного заряда иона (заряд –3), необходимо иметь заряд +3. С учетом того, что катион серебра имеет заряд +1, то таких катионов понадобиться три. Значит формульная единица (формула) данного вещества – Ag3PO4.

Таким образом, при помощи символов химических элементов, индексов и коэффициентов, можно четко составить химическую формулу вещества, которая даст информацию, как о качественном, так и о количественном составе вещества.

В завершение рассмотрим, как правильно произносить химические формулы. Например, запись 3Ca2+ произносится: «три иона кальций два плюс» или «три иона кальция с зарядом два плюс». Запись 4НСl, произносится «четыре молекулы аш хлор». Запись 2NaCl, произносится как «две формульных единицы хлорида натрия».

Закон постоянства состава вещества

Одно и то же химическое соединение можно получить различными способами. Так, например, углекислый газ, CO2, образуется при сжигании топлива: угля, природного газа. Во фруктах содержится много глюкозы. При длительном хранении фрукты начинают портиться, начинается процесс, называемый брожением глюкозы, в результате которого выделяется углекислый газ.

Углекислый газ образуется и при нагревании таких горных пород, как мел, мрамор, известняк. Химические реакции совершенно разные, но вещество, образовавшееся в результате их протекания, имеет одинаковый качественный и количественный состав – CO2.

Эта закономерность касается, в основном, веществ молекулярного строения. В случае веществ немолекулярного строения, возможны случаи, когда состав вещества зависит от методов его получения.

Закон постоянства состава веществ молекулярного строения: состав сложного вещества всегда одинаков и не зависит от способа его получения

Итог статьи по теме Химические формулы веществ:

Источник

Качественный и количественный состав вещества

Что такое химическая формула?

В любой науке есть своя система обозначений. Химия в этом плане не исключение. Вам уже известно, что для обозначения химических элементов используются символы, образованные от латинских названий элементов. Химические элементы способны образовывать как простые, так и сложные вещества, состав которых можно выразить химической формулой.

Чтобы написать химическую формулу простого вещества необходимо записать символ химического элемента, который образует простое вещество, и справа внизу записать цифру, показывающую количество его атомов. Данная цифра называется индексом.

Например, химическая формула кислорода – О2. Цифра 2 после символа кислорода – это индекс, указывающий, что молекула кислорода состоит из двух атомов элемента кислорода.

Индекс – число, показывающее в химической формуле количество атомов определенного типа Чтобы написать химическую формулу сложного вещества, необходимо знать, из атомов каких элементов оно состоит (качественный состав), и число атомов каждого элемента (количественный состав).

Например, химическая формула пищевой соды – NaHCO3. В состав этого вещества входят атомы натрия, водорода, углерода, кислорода – это его качественный состав. Атомов натрия, водорода, углерода по одному, а атомов кислорода – три. Это количественный состав соды

Химическая формула – условная запись состава вещества при помощи химических символов и индексов

Обратите внимание на то, что если в химической формуле присутствует только один атом одного вида, индекс 1 не ставится. Например, формулу углекислого газа записывают так – CO2, а не С1О2.

Видео

Что показывает состав количественный

Он демонстрирует количественное содержание каждого элемента внутри сложного вещества.

К примеру, в воде находится два атома водорода и один кислорода. Серная кислота состоит из двух водородов, одного атома серы, четырех кислородов.

В составе ортофосфорной кислоты три атома водорода, один фосфор, четыре атома кислорода.

Химический состав сложных веществ и механических смесей

Сложное вещество (химическое соединение) – это вещество, состоящее из атомов различных химических веществ.

Основные признаки химического соединения:

В природе нет абсолютно чистых веществ. В любом веществе имеется хотя бы ничтожный процент примесей. Поэтому на практике всегда имеют дело с механическими смесями веществ. Однако, если содержание одного вещества в смеси значительно превосходит содержание всех остальных, то условно считается, что такое вещество является индивидуальным химическим соединением.

Допустимое содержание примесей в веществах, выпускаемых промышленностью, определяется стандартами и зависит от марки вещества.

Общепринята следующая маркировка веществ:

Вещества, образующие механическую смесь, называются компонентами. При этом вещества, масса которых составляет большую часть от массы смеси, называют основными компонентами, а все остальные вещества, образующие смесь – примесями.

Отличия механической смеси от химического соединения:

Промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями занимают растворы:

Как и для химических соединений, для растворов характерна:

Как и для механических смесей, для растворов характерна:

Примеры определения состава

«Опишите качественный и количественный состав следующих веществ: оксида серы (4), оксида серы (6)». Такое задание является типовым в школьном курсе неорганической химии. Для того чтобы справиться с ним, сначала нужно составить формулы предложенных соединений, пользуясь валентностями либо степенями окисления.

В обоих предложенных оксидах присутствуют одни и те же химические элементы, следовательно, их качественный состав одинаковый. Они включают в себя атомы серы и кислорода. А вот в количественном соотношении результаты будут отличаться.

В первом соединении содержится два атома кислорода, а во втором их шесть.

Выполним следующее задание: «Опишите качественный и количественный состав веществ H2S».

Молекула сероводорода состоит из атома серы и двух водородов. Качественный и количественный состав вещества H2S позволяет предугадывать его химические свойства. Так как в составе присутствует катион водорода, сероводород способен проявлять окислительные свойства. Например, подобные характеристики проявляются во взаимодействии с активным металлом.

Информация о качественном и количественном составе вещества актуальна и для органических соединений. Например, зная количественное содержание компонентов в молекуле углеводорода, можно определить его принадлежность к определенному классу веществ.

Такая информация позволяет предугадывать химические и физические характеристики анализируемого углеводорода, выявлять его специфические свойства.

Например, зная, что в составе есть четыре атома углерода и десять водородов, можно сделать вывод о принадлежности данного вещества к классу предельных (насыщенных) углеводородов, имеющих общую формулу СпН2п+2. Для всех представителей данного гомологического ряда характерны реакции замещения по радикальному механизму, а также окисление кислородом воздуха.

Качественный и количественный состав веществ

Каждое вещество характеризуется определенным качественным и количественным составом.

Качественный состав вещества показывает, из атомов каких элементов оно состоит. Например, вода состоит из атомов водорода и кислорода, а метан— из атомов углерода и водорода. Число атомов каждого элемента в составе мельчайшей частицы вещества характеризует его количественный состав. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, а молекула метана — из одного атома углерода и четырех атомов водорода.

Сложное вещество можно с помощью различных химических методов разложить на несколько новых веществ, и так до тех пор, пока не получатся вещества, каждое из которых будет являться простым. Например, сахар при нагревании разлагается на воду и уголь (углерод):

а воду можно разложить с помощью электрического тока на водород и кислород:

Свойства простых веществ, которые при этом получаются (углерода, кислорода и водорода), совершенно не похожи на свойства сложных веществ — сахара и воды. Это разные вещества с разными свойствами. Свойства сложного вещества не являются суммой свойств простых веществ, которые образуются при его разложении.

Вещества немолекулярного строения при обычных условиях — твердые кристаллы, например поваренная соль, мел. Конечно, при нагревании (иногда до нескольких тысяч градусов) такие вещества плавятся, а затем переходят и в парообразное состояние.

Источник

Химический состав

Химический состав – это совокупность компонентов, из которых состоит вещество (или смесь веществ). В зависимости от природы вещества, под компонентами могут подразумеваться различные структурные единицы вещества:

Согласно атомно-молекулярному учению, наименьшими структурными единицами веществ являются атомы, молекулы и ионы.

Из атомов состоят:

Из молекул состоят:

Из ионов состоят:

Простые вещества состоят из атомов или молекул, сложные – из молекул или ионов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ – из различных атомов.

Закон постоянства состава

Закон постоянства состава был открыт Ж. Прустом в 1801 году:

Всякое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав.

К примеру, оксид углерода СО₂ можно получить несколькими способами:

Однако, независимо от способа получения, молекула СО₂ всегда имеет один и тот же состав: 1 атом углерода и 2 атома кислорода.

Важно помнить:

Химический состав сложных веществ и механических смесей

Сложное вещество (химическое соединение) – это вещество, состоящее из атомов различных химических веществ.

Основные признаки химического соединения:

В природе нет абсолютно чистых веществ. В любом веществе имеется хотя бы ничтожный процент примесей. Поэтому на практике всегда имеют дело с механическими смесями веществ. Однако, если содержание одного вещества в смеси значительно превосходит содержание всех остальных, то условно считается, что такое вещество является индивидуальным химическим соединением.

Допустимое содержание примесей в веществах, выпускаемых промышленностью, определяется стандартами и зависит от марки вещества.

Общепринята следующая маркировка веществ:

Вещества, образующие механическую смесь, называются компонентами. При этом вещества, масса которых составляет большую часть от массы смеси, называют основными компонентами, а все остальные вещества, образующие смесь – примесями.

Отличия механической смеси от химического соединения:

Промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями занимают растворы:

Как и для химических соединений, для растворов характерна:

Как и для механических смесей, для растворов характерна:

Химический состав по массе и по объему

Состав химических соединений, а также состав смесей различных веществ и растворов выражают в массовых долях (массовых %), а состав смесей жидкостей и газов, кроме того, в объемных долях (объемных %).

Состав сложного вещества, выраженный через массовые доли химических элементов, называется составом вещества по массе.

Например, состав Н₂О по массе:

То есть, можно сказать, что химический состав воды (по массе): 11,11% водорода и 88,89% кислорода.

Массовая доля компонента в механической смеси (W) – это число, показывающую, какую часть смеси составляет масса компонента от общей массы смеси, принятой за единицу или 100%.

Где m₁ – масса 1-го (произвольного)компонента, n – число компонентов смеси, m₁ … m_n – массы компонентов, образующих смесь, m_(cм.) – масса смеси.

Например, массовая доля основного компонента:

W_{(осн. комп)} = m_{(осн. комп)}/m_(см.)

Массовая доля примеси:

Состав смеси газов или жидкостей, выраженный в объемных долях, называется составом смеси по объему.

Например, состав смеси сухого воздуха:

Этот пример наглядно демонстрирует, что во избежание путаницы, корректно будет всегда указывать, по массе или по объему указано содержание компонента смеси, ведь эти цифры всегда отличаются: по массе в воздушной смеси кислорода получается 23,1 %, а по объему – всего 20,9%.

Растворы можно рассматривать как смеси из растворенного вещества и растворителя. Поэтому их химический состав, как и состав любой смеси, можно выражать в массовых долях компонентов:

Состав раствора, выраженный через массовую долю растворенного вещества (в %), называется процентной концентрацией этого раствора.

Состав растворов жидкостей в жидкостях (например, спирта в воде, ацетона в воде) удобнее выражать в объемных долях:

Например, содержание спирта в винно-водочных изделиях указывают не в массовых, а в объемных долях (%) и называют эту цифру крепостью напитка.

Состав растворов твердых веществ в жидкостях или газов в жидкостях в объемных долях не выражают.

Химическая формула, как отображение химического состава

Источник

Качественный и количественный анализ в лабораторной практике

Содержание

Качественный анализ вещества

Качественный и количественный анализ являются предметом аналитической химии. Определение состава веществ включает выявление природы компонентов, из которых состоит исследуемое вещество, и установление количественных соотношений этих компонентов.

Сначала устанавливают качественный состав исследуемого объекта, т.е. решают вопрос, из чего он состоит, а затем приступают к определению количественного состава, т.е. узнают, в каких количественных соотношениях обнаруженные составные части находятся в объекте исследования.

Качественный анализ вещества можно проводить химическими, физическими, физико-химическими методами.

Химические методы анализа основаны на применении характерных химических реакций для установления состава анализируемого вещества.

Химический анализ вещества проводят двумя способами: «сухим путем» или «мокрым путем».

Анализ сухим путем – это химические реакции, происходящие с веществами при накаливании, сплавлении и окрашивании пламени.

Анализ мокрым способом – это химические реакции, протекающие в растворах электролитов. Анализируемое вещество предварительно растворяют в воде или других растворителях. В зависимости от массы или объема взятого для анализа вещества, от применяемой техники различают макро-, полумикро- и микрометоды.

Макрометод. Для проведения анализа берут 1—2 мл раствора, содержащего не менее 0,1 г вещества, и добавляют не менее 1 мл раствора реактива. Реакции проводят в пробирке, осадок отделяют фильтрованием. Осадок на фильтре промывают от примесей.

Полумикрометод. Для анализа берут в 10—20 раз меньше вещества (до 0,01 г). Так как в этом методе работают с малыми количествами вещества, то пользуются микропробирками, часовыми или предметными стеклами. Для отделения осадка от раствора применяют центрифугирование.

Микрометод. При выполнении анализа данным методом берут одну-две капли раствора, а сухого вещества – в пределах 0,001 г. Характерные реакции проводят на часовом стекле или фарфоровой пластинке.

При проведении анализа пользуются следующими операциями: нагревание и выпаривание, осаждение, центрифугирование, проверка полноты осаждения, отделение раствора (центрифуга) от осадка, промывание и растворение осадка.

Для определения количественного состава вещества или продукта используются реакции нейтрализации, осаждения, окисления и восстановления, комплексообразования. Количество вещества можно определить по его массе или объему раствора, затраченного на взаимодействие с ним, а также по показателю преломления раствора, его электрической проводимости или интенсивности окраски и т. п.

По количеству взятого для исследования вещества аналитические методы количественного анализа классифицируются следующим образом:

В товароведной практике часто пользуются гравиметрическим (весовым) и титриметрическим (объемным) методами.

Классификация методов количественного анализа

Количественный анализ – совокупность химических, физико-химических и физических методов определения количественного соотношения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества.

Количественный анализ позволяет установить:

1. Количественные соотношения составных частей неизвестного индивидуального соединения, т.е. установить его формулу.

2. Содержание или концентрацию определяемого вещества в исследуемом образце.

3. Содержание всех или некоторых главных компонентов анализируемой смеси.

4. Содержание определенных форм того или иного элемента.

5. Содержание не главных компонентов смеси.

6. Содержание микропримесей в особо чистых веществах.

7. Содержание определенных радикалов, активных атомов, функциональных групп вещества.

8. Состав отдельных фаз смеси.

По количеству вещества, взятого для анализа, различают макро-, полумикро-, микро- и ультрамикрометоды количественного анализа.

В зависимости от объекта исследования различают неорганический и органический количественный анализ. Органический количественный анализ подразделяется на элементный, функциональный и молекулярный анализ.

Элементный анализ позволяет установить содержание элементов (ионов).

Функциональный анализ — содержание функциональных (реакционноспособных) атомов и групп в анализируемом объекте.

Молекулярный количественный анализ предусматривает анализ индивидуальных химических соединений, характеризующихся определенной молекулярной массой.

Важное значение имеет фазовый анализ – совокупность методов разделения и анализа отдельных структурных (фазовых) составляющих гетерогенных систем.

Методами количественного анализа проверяют правильность технологических процессов, решают многие вопросы исследований прикладного характера: оценивают содержание ценных веществ в рудах, биологических объектах, присутствие токсических веществ в продуктах питания, окружающей среде и т. д.

Важная характеристика методов количественного анализа – точность, то есть, значение относительной ошибки определения. Точность и чувствительность в количественном анализе выражают в процентах.

Точность химических методов количественного анализа находится обычно в пределах 0,005—0,1%; ошибки определения инструментальными методами составляют 5—10%, а иногда и значительно больше.

Чтобы результаты количественного анализа были верны, необходимо соблюдать ряд условий:

Процедура анализа состоит из трех основных этапов:

Каждый из этапов должен выполняться с помощью наиболее подходящего метода, который должен быть выбран в соответствии с техническими регламентами с одной стороны по аналитическим соображениям, а с другой стороны – по соображениям экономичности. Разнообразие матриц и ширина спектра исследуемых веществ привели к появлению множества методов.

Измерительные методы базируются на информации, получаемой с использованием средств измерений и контроля. В основе всех методов анализа лежит измерение либо химического, либо физического свойства вещества, называемого аналитическим сигналом, зависящего от природы вещества и его содержания в пробе.

В зависимости от принципа получения аналитического сигнала все методы аналитической химии делятся на 3 основные группы:

1. Химические методы анализа основаны на использовании химических реакций. При этом проводят реакцию, а затем наблюдают аналитический эффект или измеряют аналитический сигнал. В качестве аналитического сигнала в химических методах выступает либо масса вещества (гравиметрический метод анализа), либо объем реактива – титранта (титриметрические методы). Химические методы применяют для определения состава и количества входящих в продукцию веществ. Они подразделяются на количественные и качественные – это методы аналитической, органической, физической и биологической химии.

2. Биологические методы анализа основаны на измерении интенсивности развития микроорганизмов в зависимости от количества анализируемого вещества. Биологические методы используют для определения пищевой и биологической ценности продукции. Их подразделяют на физиологические и микробиологические. Физиологические применяют для установления степени усвоения и переваривания питательных веществ, безвредности, биологической ценности. Микробиологические методы применяют для определения степени обсемененности продукции различными микроорганизмами.

3. Физические (физико-химические) методы анализа основаны на измерении физических свойств веществ, зависящих от химического состава. Физические методы – методы, при реализации которых регистрируется аналитический сигнал каких-либо физических свойств (ядерные, спектральные, оптические) без проведения химической реакции. При этом наблюдение аналитического эффекта или измерение аналитического сигнала выполняют непосредственно с анализируемым веществом. Химические реакции либо совсем не проводят, либо они играют вспомогательную роль. Основной упор делают на измерение аналитического сигнала. Физические методы применяют для определения физических свойств – коэффициента рефракции, вязкости, липкости и др. К таким методам относятся микроскопия, поляриметрия, колориметрия, рефрактометрия, спектроскопия, реология, люминесцентный анализ и другие. Также, с помощью физических методов определяют относительную плотность и удельную массу, температуру плавления и затвердевания, концентрацию водородных ионов, показатель преломления света, механическую устойчивость и прочность, эластичность и пористость, наличие примесей и другие показатели. Физико-химические методы анализа, как и химические методы, основаны на проведении той или иной химической реакции и измерении физических свойств веществ, которые появляются или изменяются в результате химических реакций. В физических методах химические реакции отсутствуют или имеют второстепенное значение, хотя в спектральном анализе интенсивность линий всегда существенно зависит от химических реакций в угольном электроде или в газовом пламени. Поэтому иногда физические методы включают в группу физико-химических методов, так как достаточно строгого однозначного различия между физическими и физико-химическими методами нет, и выделение физических методов в отдельную группу не имеет принципиального значения.

Физико-химические методы анализа основаны на регистрации аналитического сигнала какого-то физического свойства (потенциала, тока, количества электричества, интенсивности излучения света или его поглощения и т. д.) при проведении химической реакции. При этом сначала проводят реакцию, а затем измеряют физическое свойство продукта реакции или используют измерение физического свойства в ходе реакции для установления конечной точки титрования.

Химические методы анализа иначе называют классическими, а физические и физико-химические методы анализа – инструментальными, т. к. проведение анализа с привлечением этих методов невозможно без использования измерительной аппаратуры.

Химические методы количественного анализа

Химические методы анализа предусматривают химическое взаимодействие веществ. Здесь важны результаты химической реакции между веществом и реагентом. Химические методы анализа широко применяются для проведения качественного анализа, так как по характеру осадка, изменению окраски раствора, образованию и выделению определенного газа можно установить, какое вещество имеется в растворе. При количественном химическом анализе производят взвешивание образовавшегося осадка, добавляют раствор реактива до изменения цвета раствора или другой физической характеристики вещества и по количеству использованного на анализ реактива определяют количество анализируемого вещества.

К классическим химическим методам количественного анализа относятся:

1. Гравиметрический анализ, основанный на определении измерения массы анализируемого вещества или его составных частей, выделяемых в химически чистом состоянии или в виде соответствующих соединений.

Различают следующие виды объёмного метода анализа:

1) титриметрический количественный анализ – измерение объёма израсходованного на реакцию реактива точно известной концентрации;

2) газовый объёмный количественный анализ – анализ газовых смесей, основанный на избирательном поглощении из анализируемой газовой смеси определяемого компонента подходящими поглотителями;

3) седиментационный объёмный количественный анализ – основан на расслоении дисперсных систем под действием силы тяжести, сопровождающемся отделением дисперсной фазы в виде осадка и последующем измерении объёма осадка в градуированной центрифужной пробирке. Основными достоинствами химических методов анализа являются простота выполнения и достаточно высокая точность (0,10…0,01%).

К недостаткам химических методов анализа относятся большая продолжительность и высокий предел обнаружения.

Источник