Введем еще один важный термин, нужный нам для дальнейшей работы: валентность. Валентность атома – это его образовывать определенное число химических связей с другими атомами. Например, число черточек, отходящих от символа элемента в структурных формулах, равно валентности этого элемента. Посмотрите на приведенные ниже структурные формулы некоторых веществ – из них видно, что водород и хлор одновалентны, кислород двухвалентен, углерод четырехвалентен, а азот трехвалентен.
Точками здесь обозначены неподеленные пары электронов, но в структурных формулах их показывают не всегда (в связывании они непосредственно не участвуют, хотя важны с точки зрения правила октета). В структурных формулах каждая черточка – это именно поделенная пара электронов. Поэтому можно дать такое определение валентности:
Валентность определяется как число электронных пар, которыми данный атом связан с другими атомами.
Поскольку в химической связи участвуют только электроны внешних оболочек, такие электроны называют валентными. Единичная связь возникает, когда атомы делят между собой одну пару валентных электронов.
Структурные формулы наглядно показывают состав вещества, последовательность связывания атомов друг с другом и валентность элементов. Но если такая подробная информация не нужна, состав вещества можно записывать в виде сокращенных химических формул:
H2 (водород) Cl2 (хлор) CO2 (углекислый газ) H2O (вода) N2H4 (гидразин) N2 (азот)
В данном случае все вещества состоят из молекул, поэтому такие формулы называют не сокращенными, а молекулярными. Цифра, стоящая внизу справа от символа элемента, называется индексом. Индекс показывает, сколько атомов данного элемента содержится в молекуле. Индекс 1 никогда не пишут.
Молекулярная формула показывает, сколько атомов каждого элемента входит в состав молекулы вещества.
Однако есть много веществ, в которых атомы не образуют отдельных молекул, а связаны друг с другом в "бесконечные" каркасы (подробнее вы познакомитесь с ними в §3.8). В этом случае можно выделить лишь отдельный повторяющийся фрагмент из атомов в таком веществе. Например, металлическая медь состоит из атомов (а не из молекул) меди, поэтому наименьший повторяющийся фрагмент этого вещества – атом Cu. Формула меди такая же: Cu. Соединения NaCl и CaF2 в твердом виде состоят из ионов, причем трудно различить, какие атомы "персонально" связаны друг с другом. Но отдельные повторяющиеся фрагменты (их называют "структурные единицы") состоят из атомов этих элементов именно в таких соотношениях, как мы только что записали. Кварц представляет собой "бесконечный" каркас из атомов кремния и кислорода, но наименьший повторяющийся фрагмент (структурная единица) этого каркаса содержит один атом Si и два атома O. Поэтому формула кварца – SiO2.
В этом случае сокращенные формулы вроде Cu, NaCl, CaF2, SiO2, строго говоря, нельзя называть молекулярными. Однако они тоже выражают элементный состав вещества и в этом смысле ничем принципиально от молекулярных формул не отличаются.
** Существует также ближайшая "родственница" сокращенной формулы - так называемая эмпирическая формула. Она показывает лишь соотношение между количеством атомов разного вида в соединении. Например, молекулярная формула гидразина N2H4 говорит о том, что молекула этого вещества действительно состоит из 2-х атомов азота и 4-х атомов в
б) н на
глюкоза окисляется аммиачным раствором оксида серебра (1) и гидроксидом меди (II) (2) в глюконовую кислоту при нагревании
CH2OH-(CHOH)4-CH=O + Ag2O → CH2OH-(CHOH)4-COOH + 2Ag↓ (1);
CH2OH-(CHOH)4-CH=O + 2Cu(OH)2 → CH2OH-(CHOH)4-COOH +Cu2O + H2O (2)
глюкоза восстанавливаться в шестиатомный спирт – сорбит
CH2OH-(CHOH)4-CH=O +2[H] → CH2OH-(CHOH)4-CH2OH.