— классифицировать сложные эфиры, разбираться в механизме реакций этерификации и гидролиза эфиров, знать практическое значение эфиров

-знать понятия «Сложные эфиры и жиры. Сложные эфиры как продукты взаимодействия кислот со спиртами. Значение сложных эфиров в природе и жизни человека.

Цели урока:

1.Образовательные: Помочь сформировать знания обучающихся о строении сложных эфиров.

Содействовать пробуждению интереса учащихся к познанию мира, его химических закономерностей.

Актуализировать понятия «реакции этерификации» и «гидролиз эфиров», «изомерия сложных эфиров», «номенклатура эфиров»

Помочь в определение понятий «получении сложных эфиров»,

«полиэфиры на примере лавсана», «гидролиз сложных эфиров как важнейшее химическое свойство», сложные эфиры в природе и промышленности»

Направить усилия обучающихся формировании взаимосвязи строения физических, химических свойств сложных эфиров.

2. Развивающие: (формирование и развитие образовательных компетенций):
а) учебно-познавательных: умение самостоятельно и мотивированно организовывать свою познавательную деятельность (от постановки цели до получения оценки результата). Использование элементов причинно-следственного и структурно-функционального анализа. Исследование несложных реальных связей и зависимостей. Определение сущностных характеристик изучаемого объекта; самостоятельный выбор критериев для сравнения, сопоставления, оценки и классификации объектов

Участие в проектной деятельности, в организации и проведении учебно- исследовательской работы: выдвижение гипотез, осуществле­ние- их проверки, владение приемами исследовательской деятельное , элементарными умениями прогноза. Самостоятельное создание алгоритмов познавательной деятельности .Формулирование полученных результатов.

б) информационно-коммуникативных: Поиск нужной информации по заданной теме в источниках раз­личного типа. Извлечение необходимой информации из источников,

в различных знаковых системах (текст, таблица, график, диаграмма, аудиовизуальный ряд и др.), отделение основной инфор­мации от второстепенной, критическое оценивание достоверности полученной информации, передача содержания информации адекват­но поставленной цели (сжато, полно, выборочно).

Умение развернуто обосновывать суждения, давать определения, приводить доказательства.Объяснение изученных положений на самостоятельно подобранных конкретных примерах.

Владение основными видами публичных выступлений (высказывание, монолог, дискуссия, полемика)

в)рефлексивных : Понимание ценности образования как средства развития культуры личности. Объективное оценивание своих учебных достижений, поведения, черт своей личности; учет мнения других людей при определении собственной позиции и самооценке. Владение навыками организации и участия в коллективной деятельности: постановка общей цели и определение средств ее достижения, конструктивное восприятие иных мнений и идей, учет индивидуальности партнеров по деятельности, объективное определение своего вклада в общий результат.

Оценивание и корректировка своего поведения в окружающей среде, выполнение в практической деятельности и в повседневной жизни экологических требований.

Осуществлений осознанного выбора путей продолжения образования или будущей профессиональной деятельности.

2.Воспитывающие:Воспитывать сознательное отношение к учебному труду, чувство ответственности, развивать интерес к знаниям. Воспитывать бережное отношение к своему здоровью.

4. Здоровьесберегающие: закрепить навыки безопасного обращения с реактивами.
Планируемые результаты обучения

В результате изучения данного материала учащиеся должны:

Знать:
а) определение понятий – сложные эфиры и жиры. Сложные эфиры как продукты взаимодействия кислот со спиртами. Значение сложных эфиров в природе и жизни человека.

б) знать механизм реакций этерификации и гидролиза сложных эфиров.

Уметь: (владеть способами познавательной деятельности):

Объяснять механизм этерификации. Различать группы сложных эфиров, уметь давать названия сложным эфирам. Прогнозировать по строению веществ принадлежности к классу химических соединений.

Тип урока: вводный.

Вид урока: урок- с применением ИКТ.
Оборудование и реактивы:

1.Персональный компьютер, медиапроектор.

2.Компьютерная презентация по теме «Сложные эфиры»

3.Дифференцированный раздаточный материал для групповой работы.

4.Учебник О.С. Габриеляна «Химии 10 класса»9базовый уровень), учебные тексты и схемы по теме.

5.Реактивы:(этиловый спирт, уксусная, концентрированная серная кислота, штативы для пробирок, пробирки с пробками, спиртовки, пробиркодержатели).

Дополнительная выставка парфюмерной продукции: мыло разных видов, духи и одеколоны, лосьоны, лаки, элексиры, живые цветы (герань, гвоздика, роза, фиалки), свежие фрукты: лимон, апельсин, мандарин, пихтовое и эфкалиптовое масла.

Хронокарта урока:

Организационный момент -1мин.

Актуализация знаний – 4 мин.

Новый материал-30 мин.

Первичное закрепление знаний-7 мин.

Домашнее задание, подведение итогов работы-2 мин.

Рефлексия- 1мин.

Автор: учитель химии первой квалификационной категории Коваленко Марина Витальевна, стаж педагогической деятельности 17 лет

МКОУ «Никольская СОШ»Солнцевского района Курской области

Предмет химия.

Методическая разработка урока с использованием информационно-коммуникационных технологий.

Класс 10

Тема:«Кислородосодержащие органические соединения и их нахождение в природе»

Тема урока: «Сложные эфиры»

Описание разработки.

Слайды презентации, выполненные в Power Point, обосновывается актуальностью данной темы и её связью с жизнью, так как изучение химических свойств сложных эфиров, реакций этерификации и гидролиза эфиров принадлежат к чис­лу наиболее распространенных химических реакций и имеют огромное значение в теории и практике.

Тип урока: Урок – вводный, объяснение нового материала сочетние фронтального, парного и индивидуального вида работы учащихся.

Тема урока сформулирована в соответствии с программой О.С. Габриеляна «Химии 10 класса» (базовый уровень),

Тема рассчитана на один урок.

Ожидаемые результаты обучения:

В результате изучения данной темы учащиеся должны уметь:

— классифицировать сложные эфиры, разбираться в механизме реакций этерификации и гидролиза эфиров, знать практическое значение эфиров

-знать понятия «Сложные эфиры и жиры. Сложные эфиры как продукты взаимодействия кислот со спиртами. Значение сложных эфиров в природе и жизни человека.

Цели урока:

1.Образовательные: Помочь сформировать знания обучающихся о строении сложных эфиров.

Содействовать пробуждению интереса учащихся к познанию мира, его химических закономерностей.

Актуализировать понятия «реакции этерификации» и «гидролиз эфиров», «изомерия сложных эфиров», «номенклатура эфиров»

Помочь в определение понятий «получении сложных эфиров»,

«полиэфиры на примере лавсана», «гидролиз сложных эфиров как важнейшее химическое свойство», сложные эфиры в природе и промышленности»

Направить усилия обучающихся формировании взаимосвязи строения физических, химических свойств сложных эфиров.

2. Развивающие: (формирование и развитие образовательных компетенций):
а) учебно-познавательных: умение самостоятельно и мотивированно организовывать свою познавательную деятельность (от постановки цели до получения оценки результата). Использование элементов причинно-следственного и структурно-функционального анализа. Исследование несложных реальных связей и зависимостей. Определение сущностных характеристик изучаемого объекта; самостоятельный выбор критериев для сравнения, сопоставления, оценки и классификации объектов

Участие в проектной деятельности, в организации и проведении учебно- исследовательской работы: выдвижение гипотез, осуществле­ние- их проверки, владение приемами исследовательской деятельное , элементарными умениями прогноза. Самостоятельное создание алгоритмов познавательной деятельности .Формулирование полученных результатов.

б) информационно-коммуникативных: Поиск нужной информации по заданной теме в источниках раз­личного типа. Извлечение необходимой информации из источников,

в различных знаковых системах (текст, таблица, график, диаграмма, аудиовизуальный ряд и др.), отделение основной инфор­мации от второстепенной, критическое оценивание достоверности полученной информации, передача содержания информации адекват­но поставленной цели (сжато, полно, выборочно).

Умение развернуто обосновывать суждения, давать определения, приводить доказательства.Объяснение изученных положений на самостоятельно подобранных конкретных примерах.

Владение основными видами публичных выступлений (высказывание, монолог, дискуссия, полемика)

в)рефлексивных : Понимание ценности образования как средства развития культуры личности. Объективное оценивание своих учебных достижений, поведения, черт своей личности; учет мнения других людей при определении собственной позиции и самооценке. Владение навыками организации и участия в коллективной деятельности: постановка общей цели и определение средств ее достижения, конструктивное восприятие иных мнений и идей, учет индивидуальности партнеров по деятельности, объективное определение своего вклада в общий результат.

Оценивание и корректировка своего поведения в окружающей среде, выполнение в практической деятельности и в повседневной жизни экологических требований.

Осуществлений осознанного выбора путей продолжения образования или будущей профессиональной деятельности.

2.Воспитывающие:Воспитывать сознательное отношение к учебному труду, чувство ответственности, развивать интерес к знаниям. Воспитывать бережное отношение к своему здоровью.

4. Здоровьесберегающие: закрепить навыки безопасного обращения с реактивами.
Планируемые результаты обучения

В результате изучения данного материала учащиеся должны:

Знать:
а) определение понятий – сложные эфиры и жиры. Сложные эфиры как продукты взаимодействия кислот со спиртами. Значение сложных эфиров в природе и жизни человека.

б) знать механизм реакций этерификации и гидролиза сложных эфиров.

Уметь: (владеть способами познавательной деятельности):

Объяснять механизм этерификации. Различать группы сложных эфиров, уметь давать названия сложным эфирам. Прогнозировать по строению веществ принадлежности к классу химических соединений.

Тип урока: вводный.

Вид урока: урок- с применением ИКТ.
Оборудование и реактивы:

1.Персональный компьютер, медиапроектор.

2.Компьютерная презентация по теме «Сложные эфиры»

3.Дифференцированный раздаточный материал для групповой работы.

4.Учебник О.С. Габриеляна «Химии 10 класса»9базовый уровень), учебные тексты и схемы по теме.

5.Реактивы:(этиловый спирт, уксусная, концентрированная серная кислота, штативы для пробирок, пробирки с пробками, спиртовки, пробиркодержатели).

Дополнительная выставка парфюмерной продукции: мыло разных видов, духи и одеколоны, лосьоны, лаки, элексиры, живые цветы (герань, гвоздика, роза, фиалки), свежие фрукты: лимон, апельсин, мандарин, пихтовое и эфкалиптовое масла.

Хронокарта урока:

Организационный момент -1мин.

Актуализация знаний – 4 мин.

Новый материал-30 мин.

Первичное закрепление знаний-7 мин.

Домашнее задание, подведение итогов работы-2 мин.

Рефлексия- 1мин.

“Мыслящий ум не чувствует себе счастливым, пока ему не удастся связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые”.

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

— Какие вещества относятся к одноатомным спиртам?

Названия пяти первых представителей гомологического ряда спиртов: (метанол, этанол, пропанол, бутанол, пентанол).

Одновременно на слайде высвечиваются формулы данных спиртов.

— Какова общая формула спиртов? СnН2n+1ОН или R – ОН.

— Какие вещества относятся к классу “Карбоновые кислоты”?

Названия первых пяти представителей гомологического ряда кислот: (метановая, этановая или уксусная, пропановая, бутановая или масляная, пентановая или валериановая).

СH₃-COOH

CH₃-COOH

CH₃-CH₂-COOH

CH₃-CH₂-CH₂-COOH

Какова общая формула кислот? СnН₂n+1COОН или R – COОН.

Ароматические вещества в пробирках.

Тема урока?

III.Новый материал

Сложные эфиры – продукт совместной дегидратации молекулы спирта и молекулы кислоты .

Эфир- в греческой мифологии верхний, лучезарный слой воздуха.

Сложным эфирам можно дать и другое определение.

Сложные эфиры – функциональные производные карбоновых кислот, 
в молекулах которых гидроксильная группа (-ОН) замещена на остаток спирта (-OR)

Общая формула реакции этерификации (от латинского слова aether – эфир.

На карбоновую кислоту действовали спиртом, который вместо обычного атома кислорода содержал тяжёлый изотоп.

После проведения реакции тяжёлый изотоп кислорода был обнаружен в сложном эфире. Значит, что при реакции этерификации от молекулы спирта отделяется не гидроксильная группа, а только атом водорода, гидроксильная группа отделяется от молекулы кислоты.

Появляется общая формула сложных эфиров:

RCOOR. Систематическое название эфирам даётся по названию радикала R и кислотного остатка – алкилалканат.

Работа по группам.

1 группа. Номенклатура сложных эфиров.

Самое длинное название также состоит из четырех слов. Самые короткие (в одно слово) предполагают называть сложные эфиры аналогично солям карбоновых кислот. У нас уже есть формула вещества. Давайте попробуем дать все названия: принцип построения названий сложных эфиров:

СН₃СООСH₃

1. по названию спирта + тривиальное (историческое название кислоты) –метиловый эфир уксусной кислоты;

2. название углеводородного радикала спирта + название аниона кислоты + окончание -ат (все пишется слитно) – метилацетат;

3. тривиальное название кислоты + название радикала от спирта + слово эфир – уксуснометиловый эфир;

4. название радикала по спирту + систематическое (IUPAK) название кислоты + окончание –оат — метилэтаноат

Составить формулу и название сложного эфира, образованного следующими веществами в результате реакции этерификации.

Алгоритм:

1.Записать уравнение реакции между данными веществами;

2. Определить спирт и кислоту.

3. Дать название полученному эфиру по любой из классификаций (не менее 2х)

4.Составьте формулы и названия сложных эфиров, образованных следующими веществами (по вашему выбору )

Ответ обучающихся:

2 группа. История открытия эфиров.

В 1759 г. де Лаурагваис перегнал «крепкую уксусную кислоту с винным спиртом» и получил некоторое количество житкости, запах которой отличался от запаха исходных веществ. Это был уксусноэтиловый эфир, класс сложных эфиров:

CH₃-COOH+C₂H₅OH↔CH₃COOC₂H₅+H₂ О

Термин «эфир»впервые применил к синтезированному веществу в 1782 г. Карл Шееле.

На рисунке – портрет Бертло в королевской короне, рядом прибор, в котором проводится большинство органических синтезов, в том числе синтез сложных эфиров. Прибор состоит из круглодонной колбы (для равномерного подогрева) с боковым отводом (это колба Вюрца, в ней протекает синтез), водяного холодильника Либиха, где конденсируются продукты реакции, и аллонжа, направляющего конденсат в колбу-приемник. Великому химику Бертло был дан еще редкий дар – дар большой любви. Бертло очень любил свою жену, испытывал потребность видеть ее постоянно. В его лаборатории была отгорожена стеклом кабинка, где мадам Бертло читала, вязала, пока ее муж занимался синтезами. Он всегда мог подойти к ней, поговорить, подержать за руку, и это общение вдохновляло «короля органического синтеза» на новые подвиги во благо науки.

Судьба супругов Бертло соответствует словам Александра Грина: «Они жили счастливо и умерли в один день». Действительно, Бертло не смог пережить утраты жены: она умерла утром, он – вечером. Похоронили их в одной могиле в соборе Парижской богоматери, где хоронят самых выдающихся граждан Франции.

Одним из величайших достижений химика Бертло был синтез жиров – веществ, характерных для живых организмов, т.е. органических веществ в прямом смысле этого слова. Синтезировав жиры, Бертло нанес сокрушительный удар по теории витализма – божественного происхождения органических веществ.

3 группа. Синтез эфиров.

Вашей группе предстоит синтезировать этиловый эфир уксусной кислоты. Один из обучающихся (или двое) собирают прибор, как показано на рисунке.

Другой обучающийся составляет уравнение реакции образования сложного эфира с указанием условий смещения химического равновесия в сторону прямой реакции (Т кипения эфира 77⁰ С)

Расскажите ребятам в классе, как вы выполняли практическое задание, соблюдая технику безопасности. Осторожно! Эфир легковоспламеняемая (ЛВЖ) жидкость.

Опишите миниопыт синтеза сложного эфира. Чтобы получить сложные эфиры в малых количествах, используем простой прибор. В широкую пробирку вставим узкую пробирку таким образом, чтобы одна треть широкой пробирки в её нижней части оставалась незаполненной. Укрепим узкую пробирку с помощью кусочков резины, вырезанной из резиновой трубки и оставим зазор, чтобы исключить избыточное давление при нагревании. Теперь нальём в широкую пробирку 2 мл этанола и приблизительно столько же уксусной кислоты, тщательно охлаждённой в проточной воде, 5-10 капель концентрированной кислоты и несколько крупинок поваренной соли. Вставим внутреннюю пробирку с кусочками льда или снегом. Закрепим прибор в штативе и поставим подальше от себя. На самом малом огне будем кипятить смесь 10-15 минут (добавить «кипелки»!). Чем дольше нагревание, тем лучше выход. Внутренняя пробирка, заполненная водой, служит обратным холодильником. Уже до завершения опыта мы часто можем почувствовать приятный запах полученного сложного эфира, на который всё же накладывается едкий запах хлористого водорода. После охлаждения реакционную смесь нейтрализуем разбавленным раствором соды и тогда мы можем обнаружить запах чистого эфира, а также заметить множество маленьких маслянистых капелек сложного эфира, которые плавают на поверхности водного раствора, в то время как непрореагировавшие исходные вещества большей частью содержатся в растворе или образуют кристаллический осадок.

4 группа. Физические свойства. Изомерия.

Какие виды изомерии характерны для сложных эфиров?

Изомерия углеродной цепи по кислотному остатку (начиная с бутановой кислоты) и по спиртовому остатку, начиная с пропанола. Пример. Этилбутирату изомерен этилизобутират, пропилацетату изомерен изопропилацетат.

Межклассовая изомерия. Например: метилацетату изомерна пропановая кислота.

Слайд

Физические свойства сложных эфиров:

Летучие, бесцветные жидкости

Плохо растворимы в воде

Чаще с приятным запахом

Легче воды

Эфиры низших карбоновых кислот и низших одноатомных спиртов имеют приятный запах цветов, ягод и фруктов. Характер многих фруктовых запахов, таких, как запахи малины, вишни, винограда и рома, отчасти обусловлены летучими эфирами, например этиловым и изоамиловым эфирами муравьиной, уксусной, масляной и валериановой кислот.

5 группа. Химические свойства.

Химические свойства сложных эфиров.

Это достаточно химически инертные вещества.

1.Они хорошо горят, образуя углекислый газ и воду.

Составьте уравнение реакции горения метилформиата.

НСООСН₃ + 2 О₂ → 2 СО₂ + 2 Н₂О

2. Подвергаются гидролизу.

Гидролиз – реакция, обратная этерификации, в нейтральной среде он протекает медленно и заметно ускоряется в присутствии кислот или оснований, т.к. ионы Н+и ОН–катализируют этот процесс.

СН₃COOC₂H₅ + H₂O → СН₃COOH + HOC₂H₅

СН₃COOC₂H₅ + NaOH → СН₃COONa+ HOC₂H₅

Гидролиз в присутствии щелочей называется омылением. Название связано с тем, что высшие карбоновые кислоты (С15–19) в виде солей щелочных металлов представляют собой мыло.

Составьте в тетрадях уравнения гидролиза:

пентилформиата – водой,
этилбутирата – водой,
пропилформиата – гидроксидом калия,
метилбутирата – гидроксидом лития,
изопропилацетата – гидроксидом натрия.

Сложные эфиры карбоновых кислот можно разделить на группы.

1.Когда число атомов С в исходной карбоновой кислоте и спирте не превышает 6–8, соответствующие сложные эфиры представляют собой бесцветные маслянистые жидкости – эфирные масла, чаще всего с фруктовым запахом. (Слайд).

2.Если в образовании сложного эфира участвует ароматический спирт (содержащий бензольное кольцо), то такие соединения обладают, как правило, не фруктовым, а цветочным запахом. Все соединения этой группы практически нерастворимы в воде, но легко растворимы в большинстве органических растворителей. Интересны эти соединения широким спектром приятных ароматов (табл. 1, Слайд 9), некоторые из них вначале были выделены из растений, а позже синтезированы искусственно.

3. При увеличении размеров органических групп, входящих в состав сложных эфиров, до С15–30 соединения приобретают консистенцию пластичных, легко размягчающихся веществ. Эту группу называют восками. Воски не смачиваются водой, растворимы в бензине, хлороформе, бензоле.4. Третья группа – жиры.

Опережающее обучение.

1.Способность различать запахи называют обонянием. В носу у человека около 50 млн. рецепторов обонятельного эпителия (у собаки – свыше 200млн), представляющих собой оголенные нервные окончания. Это свидетельствует о том, что обоняние – это одно из самых древних и примитивных чувств. Ощущение запаха возникает только при вдохе (надо нюхать). Ученые предполагают, что молекула пахнущего вещества приближается к рецептору и “укладывается” в особую шель, которая имеет форму, соответствующую форме данной молекулы (принцип ключа и замка), т.е. молекулы веществ, имеющих запах одного типа, должны иметь сходное пространственное строение.

На основе этой теории предложена классификация запахов: гнилостный, острый, эфирный, мятный, цветочный, мускусный, камфорный. Молярная масса душистых веществ, как правило, не превышает 300г/моль. Запах более выражен у тех веществ, молекулы которых имеют разветвленный углеродный скелет. Приятный запах присущ соединениям, молекулы которых содержат более 6 атомов углерода в цепи. На силу и характер запахов влияют различные виды изомерии. Иногда запах зависит от концентрации вещества.

2. Значение и влияние запахов для человека.

Наш организм не безразличен к запахам. Если воздух загрязнен дымом, плохо пахнет, мозг подает сигнал тревоги, носовая щель сужается, и в легкие поступает меньше воздуха. Аромат цветов, леса, моря вдыхать приятно, мы чувствуем, как легко дышится, когда воздух приятно пахнет.

Неприятный запах испорченной пищи предупреждает нас: “Не бери в рот! Опасно!” О пожаре предупреждает запах дыма.

Одежда впитывает запахи табачного дыма, пищи, духов; часто по запаху одежды можно определить профессию человека.

У курящих острота обоняния ниже, чем у некурящих. Огорчение и волнение притупляет обоняние. Во влажном воздухе запах ощущается

К запахам можно привыкнуть. Неумеренные дозы и слишком продолжительное воздействие неприятных запахов могут безвозвратно лишить человека обоняния.

Химическое соединение, запах которого человек может обнаружить, при наименьшей концентрации вещества в воздухе — ванилин. Достаточно 2^.10^-11 г ванилина на 1 л воздуха, чтобы мы почувствовали его присутствие.

Люди способны выделять не только притягивающие ароматические вещества (антрактанты), но и отталкивающие (репелленты).

Антрактанты чаще выделяются тогда, когда человек находится в хорошем состоянии, репелленты – во время депрессии, стрессов, ссор, когда человек ощущает страх и дискомфорт. По-видимому, существует запах страха, об этом писал А. Вознесенский :

Когда человек боится, выделяется адреналин,

Это знают собаки и с лаем бегут за ним.

Науку о лечении запахами называют ароматерапией. замечено, что запахи мирта, лимона, мяты оказывают тонизирующее действие на нервную систему, ароматы розы, жасмина, лаванды – успокаивающее. Запахи пиридина и толуола повышают остроту ночного зрения, а запахи бензола и гераниола – остроту слуха.

3.Значение запахов для животных.

Животные используют обоняние для поисков пищи, запах для них – средство коммуникации, взаимодействия полов.

Акула способна за 1 км почуять в воде запах капли крови. Лосось находит место своего рождения по запаху за сотни километров.

Собака-ищейка различает до 500 тыс. запахов, может обнаружить масляную кислоту в воздухе при ее содержании 10^-18 г/см³.

Моль чует запах за 10-11 км. комаров привлекает запах молочной кислоты, содержащейся в поте человека.

Сильный запах сложных эфиров очень мудро используют пчелы. Ужалив жертву, они вместе с ядом впрыскивают в ранку смесь сложных эфиров, характерный запах которой и побуждает других пчел устремиться к месту укуса.

Некоторые виды клопов и муравьев для предупреждения соплеменников об опасности выделяют гексаналь.

Самки обезьян для привлечения самцов выделяют уксусную и пропионовую кислоты.

В Бразилии обитают бабочки, которые издают сильный и приятный запах, поэтому их специально держат дома для ароматизации воздуха.

4.Свойства полиэтилентерефталата.

Термопластичный полимер. Из него в промышленности получают синтетическое волокно «Лавсан».

Образец ткани полиэфирного волокна.

Лавсановую ткань сочетают с хлопком, льном, шерстью. Такие ткани почти не выгорают, стойки к истиранию, их почти не нужно гладить. Но их нельзя гладить горячим утюгом. Полиэтилентерефталат термически не устойчив.

Пластиковые бутылки так же изготовляют из полиэтилентерефталата. маркировка ПЭТ (РЭТ).

Вспомните реакцию гидролиза. Можно ли в пластиковых бутылках хранить щёлочь, вещества щелочной среды? НЕТ

Аспирин. Ацетилсалициловая кислота.

Эфир салициловой кислоты с уксусным ангидридом.

Синтез органического стекла. Метиловый эфир метакриловой кислоты легко полимеризуется с образованием ценного полимера- органического стекла, из которого изготовляют колпаки реактивных самолётов и пуленепробиваемое стекло «триплекс». «Триплекс» состоит из нескольких пластин органического стекла, склеенных слоями прозрачной пластмассы. Он выдерживает удары пуль даже на малых расстояниях

VI.Первичное закрепление знаний.

Дифференцированные задания:

Работа оп парам.

Вещество С3Н6О2 – бесцветная жидкость, не взаимодействующая с натрием. Составьте его структурную формулу. Как изменится ответ, если в условии будет сказано, что вещество способно взаимодействовать с натрием? (2-3 минуты на обсуждение задания в парах, потом проверяем у доски)

Предполагаемый ответ обучающихся: Это вещество — сложный эфир.

Возможные структурные формулы: НСООС₂Н₅ или  СН₃СООСН₃.

Изомерны сложным веществам — карбоновые кислоты. Они, в отличие от эфиров, взаимодействуют с активными металлами.

Вещество с формулой С₃Н₆О₂, взаимодействующее с натрием — это пропионовая кислота: С₂Н₅СООН

Решение расчётной задачи.

Вычислите максимально возможный выход этил-ацетата, если для реакции было взято 40г.кислоты и 20г.спирта.

Ответ: 38г.

Выполнение тестового задания.

1.Сложные эфиры образуются в результате реакции:
1 – гидратации
2 – гидролиза
3 – этерификации

2.Реакция этерификации – это реакция
1 – гидролиза
2 – дегидратации
3 – присоединения

3.При гидролизе метилпропионата образуется:
1 – метанол и пропановая кислота
2 – пропанол и метановая кислота
3 – метанол и уксусная кислота

4. Продукт взаимодействия этанола с уксусной кислотой относится к:
1 – эфирам фруктовым
2 – воскам
3 – жирам

5.Вещества, каких классов могут быть изомерны между собой:
1 – спирты и альдегиды
2 – кислоты и соли
3 – сложные эфиры и кислоты

Сегодня на уроке мы познакомились с ещё одним классом кислородсодержащих соединений – сложными эфирами. Сложными эфирами называют соединения, в которых присутствует сложно – эфирная групп и общая формула эфиров.

Сложными эфирами также называют продукты взаимодействия одноатомных и многоатомных спиртов с сильными минеральными кислотами.

Основным методом получения сложных эфиров является реакция спирта с карбоновой или раствором сильной минеральной кислоты. Рассмотрели взаимное влияние атомов в молекулах спирта и кислоты и возможность протекания данной реакции.

Основным химическим свойством сложных эфиров является их гидролиз. Гидролиз может катализироваться кислотой или основанием.

Сложные эфиры имеют широкое применение в промышленности. Из них производят пластмассы и искусственные волокна, растворители для различных красок и лаков, основы для клея, синтетические моющие средства. В пищевой промышленности их используют в качестве ароматизаторов, и, конечно, в парфюмерии.

VII.Домашнее задание

VIII. Рефлексия: Ответить на вопросы.

Управляют целым миром.
В барбариске и ириске,
В мармеладке, в шоколадке,
В лепестках сирени майской –
Всюду их незримый след.
Ароматами жасмина,
“Пепси-колы”, апельсина,
Несравненной розы алой
Они пленяют белый свет.
Чашка кофе по утрам и
И от насморка бальзам,
Сливки с капельками жира –
Это сложные эфиры.
Если спирт и кислота
Участвуют в реакции –
Получаются эфиры
Путем этерификации.

Муравьиная радикал — Справочник химика 21

    Путь, по которому авторы провели подобное доказательство предложенной ими схемы окисления пропилена, был следующий. Обработкой экспериментальных данных при помощи схемы была установлена истинная кинетика образования промежуточных продуктов — формальдегида и ацетальдегида,— т. е. кинетика пх образования, не искаженная дальнейшим окислением. Разность между рассчитанными из схемы такими истинно образовавшимися количествами альдегидов и аналитически найденными давала количество альдегидов, подвергшихся окислению. По принятым в схеме суммарным уравнениям окисления альдегидов рассчитывалась далее сумма количеств СО и СОа, получающихся этим путем. Кроме того, количество СО, получающейся по реакции 6, определялось как разность между количествами формальдегида, полученного распадом радикала СН2(00)СН0, и аналитически определенным количеством муравьиной кислоты. Таким образом, пользуясь своей схемой, авторы смогли рассчитать все количество СО СО2, которое должно образоваться к каждому моменту реакции. Эти данные затем сравнивались с аналитически определенными количествами СО -I- СО2. [c.392]

    В то же время способность карбоновых кислот к диссоциации зависит и от влияния связанного с карбоксилом углеводородного радикала. В табл. 13 приведены константы диссоциации карбоновых кислот самой сильной одноосновной карбоновой кислотой является муравьиная, в которой карбоксил не связан с радикалом. Кислоты, содержащие в соединении с карбоксилом предельные углеводородные радикалы, значительно слабее муравьиной кислоты. [c.156]

    Степень диссоциации органических кислот зависит от развития цепи и сложности строения радикала. В ряду метана самой сильной кислотой является муравьиная кислота Н—СООН, затем уксусная, а более высокомолекулярные являются весьма слабыми электролитами. Значительно увеличивает степень диссоциации введение атомов галогенов в состав радикала (см. с. 449). Влияние строения радикала и наличия замещенных атомов на константы диссоциации органических кислот показано в табл. 14.2. [c.461]

    Общая формула сложных эфиров н с—О—R, где К и К —углеводородные радикалы. Сложные эфиры можно рассматривать как производные кислот, у которых водород в гидроксиле замещен на радикал. Однако в сложных эфирах муравьиной кислоты вместо радикала К стоит атом водорода. [c.329]

    Кислотный радикал муравьиной кислоты Н—СО— называется формилом-, радикал уксусной кислоты СНа—СО— ацетилом-, радикал пропионовой кислоты —СО— пропионилом-, радикал масляной кислоты С3Н,—СО— бутирилом и т. д. [c.269]

    Правила ЮПАК, помимо заместительных, используют еще ряд названий, из которых надо отметить очень распространенные радикально-функциональные названия, образуемые из названия радикала и функционального класса или характеристической группы. Например СаНа— он этиловый спирт, СаН,—ЫНа пропиламин и т. д. Правила ЮПАК приводят также перечень целого ряда тривиальных названий, допускаемых к применению даже предпочтительнее соответствующих систематических названий. По рекомендации ЮПАК предпочтительнее называть не метановая кислота, а муравьиная, не этано-вая, а уксусная, не бутановая, а масляная и т. д. [c.37]

    Эти димеры разрушаются только при сильном разбавлении в растворах или при повышенных температурах. Кислоты могут образовывать водородные связи также и с растворителями, например с водой. Поэтому муравьиная, уксусная, пропионовая и я-масляная кислоты смешиваются с водой во всех отношениях. С возрастанием молекулярной массы растворимость кислот в воде падает, так как гидрофобные свойства углеводородного радикала начинают преобладать над гидрофильными свойствами карбоксильной группы. [c.390]

    Скорость этерификации карбоновой кислоты тем выше, чем больше положительный заряд карбонильного углерода. Величина o-f-на углероде карбоксильной группы зависит от характера радикала кислоты. Электронодонорные группы, связанные с карбоксилом, понижают дробный положительный заряд (по сравнению с зарядом в муравьиной кислоте) и тем препятствуют взаимодействию кислоты с нуклеофилом электроноакцепторные заместители, напротив, делают кислоту более реакционноспособной. Поэтому кислоты типа трихлоруксусной, щавелевой, муравьиной быстро реагируют со спиртами даже без добавок минеральной кислоты-катализатора, а ароматические кислоты, особенно те, которые в ароматическом ядре содержат электронодонорные заместители, взаимодействуют со спиртом значительно труднее и требуют больших количеств катализатора. [c.207]

    При реакциях, ведущих к разложению изонитрилов, радикал остается связанным с азотом, между тем как атом углерода образует муравьиную кислоту или продукты ее превращения. [c.67]

    Вследствие этого первые члены ряда карбоновых кислот димерны не только в жидком состоянии, но и в парах вблизи температуры кипения. По мере увеличения углеводородного радикала прочность димеров уменьшается. Как и в любых кислотах, негидроксильный (карбонильный) кислород в карбоксильной группе оттягивает на себя электронную плотность, увеличивая полярность связи О—и способствуя диссоциации (см. разд. 14.3), тем не менее за исключением муравьиной кислоты (К = 2,1 Ю ), которая считается электролитом средней силы, карбоновые кислоты относятся к слабым электролитам. [c.421]

    При этом предполагается, что муравьиная кислота, двуокись углерода, вода и большая часть окиси углерода получаются в процессе окисления из радикала НСО. [c.262]

    Сила кислот во многом определяется характером радикала, связанного с группой —СООН. Электроноакцепторные радикалы (такие, как ССЦ), оттягивающие электронную плотность от карбоксильной группы, увеличивают силу кислоты. Напротив, электроно-донорные радикалы (такие, как СНд), увеличивающие электронную плотность на карбоксильной группе, уменьшают силу кислоты. Муравьиная кислота НСООН — наименее слабая из предельных карбоновых кислот. [c.357]

    Препаративное значение имеют реакции между магний-органическими соединениями и ортоугольным, а также орто-муравьиным эфиром, протекающие с заменой алкоксигруппы на радикал магнийорганического соединения .  [c.26]

    Карбоновые кислоты алкилируются олефинами тем легче, чем более электроотрицательным является радикал, связанный с карбоксильной группой. В ряду жирных одноосновных кислот наиболее легко алкилируются олефинами муравьиная и уксусная кислоты, затем следует про- [c.315]

    По приведенному механизму образования кислот из каждого гидропе-рекисного радикала образуется три молекулы кислоты, одна из которых муравьиная, уксусная или СОг. [c.174]

    В этом случае активным окисляющим агентом является нейтральный радикал О—Н. Это процесс с короткими цепями. Окисляемое вещество сперва превращается в радикал, способный реагировать с молекулярной перекисью водорода. К этому типу относится окисление муравьиной кислоты, которое может быть изображено схемой [c.273]

    Карбоновые кислоты алкилируются олефинами тем легче, чем более электроотрицательным является радикал, связанный с кар- боксильной группой. В ряду жирных одноосновных кислот наи- более легко алкилируются олефинами муравьиная и уксусная-кислоты, затем следует иропионовая, масляная и изовалериапо-вая кислоты (рис. 2). Следовательно, способность карбоновых кислот присоединяться но месту двойной связи олефинов понижается с увеличением углеводородного остатка, связанного с карбоксильной группой. Двухосновные насыщенные жирные кислоты химически менее активны и труднее алкилируются, чем соответствующие им одноосновные кислоты, причем алкилирование их протекает тем труднее, чем большее число углеродных атомов разделяет две карбоксильные группы активность в их ряду понижается от щавелевой к янтарной кислоте. [c.16]

    По женевской номенклатуре названия альдегидов производят от женевских названий соответствующих по углеродному скелету углеводородов (стр. 48), добавляя к этим названиям окончание -ал-, если требуется, после него ставят цифру, указывающую номер углеродного атома цепи, входящего в состав альдегидной группы. При выборе в формуле самой длинной углеродной цепи в последнюю должен быть включен и альдегидный углерод. Нумерацию начинают с того конца, к которому ближе простейший боковой радикал. В соответствии с этим по женевской номенклатуре название муравьиного альдегида — метанал, уксусного — этанал, н-валерианового (I) — пентанал, изовалерианового (И) — 2-метилбутанал-4, а его изомера по положению альдегидной группы (П1) — 2-метилбутанал-1. [c.136]

    Женевская номенклатура. По женевской номенклатуре кислоты называют, образуя прилагательное из женевского названия, соответствующего по числу углеродных атомов и по строению углеводорода. Так, женевское название муравьиной кислоты— метановая кислота, уксусной — этановая кислота, пропионовой — пропановая кислота, масляной — бутановая кислота, изомасля-ной — 2-метилпропаноеая кислота и т. д. В названиях кислот, изомерных по положению карбоксильной группы, после окончания -овая ставится (через дефис) цифра — номер углеродного атома цепи, образующего карбоксильную группу. Нумерацию цепи начинают с того конца, к которому ближе боковой радикал. Например, две изомерные валериановые кислоты изостроения имеют следующие названия по женевской номенклатуре  [c. 154]

    Как уже указано, муравьиная кислота в отличие от других кислот содержит в соединении с карбоксилом не углеводородньн радикал, а водород, и из ее формулы видно, что в ней имеется как [c.163]

    Хлорамфеникол является оптически активным нейтральным соединением в его молекуле содержатся два неионогенных атома хлора, две гидроксильные группы, ацетилируемые уксусным ангидридом в присутствии пиридина, и ароматическая нитрогруппа, восстановление которой приводит к амину, способному диазотироваться и затем сочетаться с аминами и фенолами. При кислотном гидролизе образуется дихлоруксусная кислота и оптически активное основание gHi204Na, которое при нагревании с дихлор-уксуснонатриевой солью превращается в хлорамфеникол. Упомянутое основание реагирует с двумя молекулами перйодата калия, образуя п-нитро-бензальдегид, формальдегид, аммиак, а также муравьиную кислоту. Из этого следует, что основание gHj204N2 содержит и-нитрофенильный радикал и трехуглеродную цепь нормального строения, в которой аминогруппа может находиться только при среднем углеродном атоме, так как иначе и сам хлорамфеникол мог бы реагировать с йодной кислотой, [c. 700]

    Едкая щелочь при действии на иодал отщепляет карбонильную группу от радикаЛа (см. оп. 12), образуя с ней натриевую соль муравьиной кислоты, а атом водорода с галогензамещенным радикалом образует йодоформ  [c.45]

    Многое из выщеизложенного может стать понятным, если признать возможность образования метильного радикала при разложении г/зег-бутоксильного радикала. При проведении пиролиза ди-грег-бутилперекиси в присутствии кислорода многие из выделенных продуктов реакции — метанол, формальдегид, муравьиная кислота, окись и двуокись углерода — очевидно являются продуктами вторичных. реакций метильного радикала СНз. + Oj —у СНз-0-0. [c.262]

    Префиксом группы —СНО является формил-, который в то же время служит и названием адильного радикала муравьиной кислоты. Когда альдегидная группа не является главной группой, то она назьшается в префиксе, как фуппа 0= -оксо, например —СН2СН2СН2СН=0 4-оксобутил (см. соединение (16), с. 368). [c.412]

    Исследование состава продуктов жидкофазного окисления бутана хроматографическими методами показало, что наряду с основными продуктами реакции — уксусной кислотой, ме-тилэтилкетоном и этилацета-том — в реакционной смеси в небольших количествах присутствуют также ацетон, ацетальдегид, диацетил, бутилаце-тат, метилацетат, метиловый, этиловый и вторичный бутиловый спирты, муравьиная кислота и перекиси [26]. Кинетические кривые накопления продуктов окисления бутана в жидкой фазе приведены на рис. 13. Механизм образования этих продуктов определяется двумя направлениями реакции продолжения цепи. По реакции (2) образуются гидроперекись и продукты ее превраш,ения — метилэтилкетон, вторичный бутиловый спирт, диацетил, этилацетат и уксусная кислота. Продукты, содержавшие в своей молекуле меньше четырех атомов углерода, образуются по реакции (2 ) путем изомеризации и распада радикала ВОг- При этом для радикала СНзСНСНгСИз [c.388]

    Интересно отметить, что при совместном проведении паров какого-либо спирта и сложного эфира вторичного спирта над окисью алюминия Происходит частичное замещение опиртоюго радикала эфира с образО ванием см-еси сложных эфиров 1 . Пары метило вого эфира муравьиной кислоты и изобутилового оп ирта [c.429]

«Преобразования двойных радикалов» (8 класс)

Цели урока:

Учебная:

1) Познакомить учащихся с понятием двойного радикала.

2) Научить преобразовывать двойные радикалы выделением полного квадрата подкоренного выражения и по формулам двойного радикала.

3) Развивать умения и навыки работы с квадратными корнями, выявить закономерности и обобщить учебный материал.

Развивающая:

1) Развитие внимания учащихся.

2) Развитие умения слушать товарища, доводить начатое дело до конца.

3) Развитие интереса к изучению алгебры и навыки самостоятельной и исследовательской работы.

Воспитывающая:

1) Воспитание чувства коллективизма.

2) Продолжить формирование чувства ответственности за результат работы.

Ход урока:

1 этап работы. Организационный момент.

2 этап работы. Устный счёт.

а) Найти два последовательных натуральных числа, между которыми заключено число:

б) Имеет ли смысл выражение:

в) Упростите выражение:

г) Выполни умножение:

Вводим понятие двойного радикала:

Выражения вида и называют двойными радикалами или сложными радикалами.

Преобразовать двойной радикал – это значит избавиться от внешнего радикала.

Обратим внимание, что во время устного счёта мы с вами уже преобразовывали двойные радикалы. Преобразование двойных радикалов произошло во время алгебраических действий с квадратными корнями.

Преобразовать выражение в тетради:

1) 

На этом примере мы убедились, что мы уже умеем преобразовывать двойные радикалы в процессе выполнения алгебраических действий.

2) Вместо “?” поставить числа так, чтобы получилось верное равенство:

Преобразовать следующие выражения, используя формулы полного квадрата:

Вывод: Если подкоренное выражение представить в виде полного квадрата, то можно легко освободиться от внешнего радикала.

Работаем в тетрадях примерам 1;2;3;5 с листа контрольных заданий.

Последний пример пытаются выполнить и не получается.

В тех случаях, когда подкоренное выражение нелегко представить в виде полного квадрата, можно использовать готовые формулы:

При данных условиях каждое подкоренное выражение не отрицательно. Докажем справедливость одной из формул.

Возведём обе части первого равенства в квадрат. Имеем:(доказывает ученик):

Применяя данные формулы решить примеры 7;8;10;17; 21 с листа контрольных заданий.

7) 

Вывод урока: преобразовать двойные радикалы можно

1) при вып-ии алгебраич-х действий в некот выражении, содержащем двойные радикалы.

2) приводя подкоренное выражение к полному квадрату;

3) по формулам сложного радикала.

Дома вы преобразуете двойные радикалы с контрольного листа разными способами.

Контрольные задания к уроку.

О теореме Абеля-Руффини без групп и теории Галуа / Хабр

Историческая справка

Поиск решения алгебраических уравнений оказал колоссальное влияние на развитие математики. Формула решения общего кубического уравнения впервые была получена итальянскими математиками 16-го века. Это событие ставшее первопричиной рассмотрения комплексных чисел, считается одним из поворотных моментов в истории математики. Судьбы Джероламо Кардано, Никколо Тартальи, Сципиона дель Ферро и их поисков решения кубического уравнения заслуживают отдельного романа со своими интригами, скандалами и расследованиями. Столь яркие истории достаточно редки в математике. 

Начиная с 19-го века поиск формул для решения уравнений произвольных степеней положил начало теории групп и абстрактной алгебре, которые преобразили практически все разделы современной математики. Думаю, многие, кто интересовался историей и развитием алгебры, знают, что формулы для решения общего алгебраического уравнения степени выше четвертой не существует. Как сообщается, первое доказательство этого факта было дано итальянским математиком Паоло Руффини в самом конце восемнадцатого века, оно составляло около 500 страниц и все же содержало некоторые пробелы. Хотя отдельные математики, как Огюстен Коши, и признавали данное доказательство, но ввиду столь большого объема и сложности изложения, оно так и не было принято математическим сообществом. Считается, что первое полное доказательство дано норвежским математиком Нильсом Абелем и содержалось в двух работах, изданных в 1824 и 1826 годах. С тех пор оно носит название теоремы Абеля или теоремы Абеля-Руффини. 

Если вы попытаетесь изучить это доказательство в его современном изложении, то окажется, что оно практически полность опирается на Теорию Галуа. Эварист Галуа был французским математиком 19-го века и современником Нильса Абеля. Помимо занятий математикой он вел активную политическую жизнь из-за чего несколько раз попадал в тюрьму. В возрасте всего двадцати лет был застрелен на дуэли, поводом для которой послужила любовная интрига, хотя есть предположения, что дуэль была подстроена его политическими противниками. Об этой истории написано достаточно много, кроме того, имеется перевод на русский язык его мемуаров и писем. Последнее письмо его другу Огюсту Шевалье было написано в ночь накануне дуэли, в нем он наспех излагает свои последние идеи. Несмотря на столь короткую жизнь, Эварист Галуа считается одним из родоначальников современной алгебры. Хотел бы заметить, что в популярном изложении создается некий романтический образ Галуа, как подростка-гения, который в одиночку, с нуля создал теорию групп и преобразил всю алгебру. Несомненно его идеи сыграли огромную роль, но если почитать его сочинения, то мы увидим, что он хорошо знал и опирался на знаменитые работы Лагранжа, Эйлера, Гаусса, Абеля, Якоби. Зачатки теории групп и перестановок появляются еще в работах Жозефа Луи Лагранжа по теории алгебраических уравнений, а также Карла Фридриха Гаусса в его знаменитых «Арифметических исследованиях». К тому же, теория Галуа в современном изложении была оформлена многими последующими математиками — Дедекиндом, Кронекером, Гильбертом, Артином и другими.

Мотивация данной статьи

Чуть менее года назад меня сильно увлекла статья об истории решения кубического уравнения и последующих безуспешных поисков формулы уравнения 5-й степени, длившихся почти триста лет. Сразу хочу отметить, что специального математического образования у меня нет и поэтому, попробовав прочесть современную версию доказательства теоремы Абеля-Руффини, я естественно ничего не понял. В моем сознании термины группа, кольцо и поле никак не ассоциировались с алгебраическими структурами. Но желание разобраться было столь велико, что я принялся за изучение курса высшей алгебры. 

На первых этапах абстрактная алгебра была наверное самым сложным из того, что мне приходилось изучать ранее. Объем новых терминов и определений просто зашкаливал: группы, факторгруппы, моноиды, поля, кольца, тела, модули, идеалы, ядра, векторные пространства, биекции, сюръекции, инъекции, изоморфизмы, автоморфизмы, гомоморфизмы, эндоморфизмы и тд. Спустя несколько месяцев упорных занятий, я начал понимать формальную часть, но, к сожалению, интуитивного понимания, которое и являлось моей изначальной целью, я так и не достиг. 

Дело в том, что практически все современные доказательства неразрешимости уравнений 5-й степени в радикалах сводятся к следующему. Рассматривается некоторое неприводимое уравнение, например x⁵-10x+2, после чего методами мат анализа определяется, что оно имеет три действительных и два комплексно-сопряженных корня. После чего заключается, что группой Галуа данного уравнения есть группа S₅, которая не является разрешимой, и следовательно данное уравнение неразрешимо в радикалах. Доказательство теоремы Абеля-Руффини о неразрешимости общего уравнения также сводится к неразрешимости группы S_n. Для меня данные доказательства были слишком абстрактными и оторванными от конкретных уравнений. Когда я пытался представить их в терминах элементарных алгебраических операций, чтобы понять в чем заключается главная причина неразрешимости уравнений, у меня ничего не получалось. Возможно для тех, кто занимается этим достаточно долго, эти вещи могут казаться интуитивно понятными. 

Немного иной подход описан в книге Алексеева «Теорема Абеля в задачах и решениях», основанной на лекциях Владимира Арнольда, но в изложенном там доказательстве помимо теории групп используются элементы комплексного анализа и Римановых поверхностей. Я также находил похожие статьи, использующие топологические аргументы в виде комбинаций петель и коммутаторов, но мне хотелось найти что-то чисто алгебраическое. 

Параллельно изучая историю математики и понимая, что современная формулировка и доказательство сильно отличаются от того, как излагали свои идеи Лагранж, Руффини, Абель и Галуа, я решил прочесть первоисточники. К сожалению, на русский или английский по этой теме переведены лишь сочинения Галуа и одна из работ Абеля. 

После некоторых поисков я наткнулся на статью 1845 года французского математика Пьера Лорана Ванцеля, в которой он переработал и сильно упростил доказательство Абеля-Руффини, о чем он пишет во введении. В этой работе, он так же упоминает мемуары Галуа и отмечает, что они будут опубликованы в скором времени. Для заметки — работы Галуа были опубликованы лишь в 1846 году Жозефом Лиувиллем, спустя почти 15 лет после смерти Галуа. Кстати, Пьер Лоран Ванцель, также был первым, кто доказал неразрешимость трисекции угла и удвоения куба с помощью циркуля и линейки — знаменитых задач стоявших еще со времен античности. Доказательства Ванцеля были изложены без использования абстрактной алгебры и теории Галуа, поскольку на тот момент они еще не были разработаны. Хотя работа и была доступна лишь на французском, которого я до этого практически не знал, но ввиду специфической темы, небольшого размера (всего 7 страниц) и наличия гугл переводчика, я справился достаточно быстро. По моему субъективному мнению, его доказательство теоремы Абеля-Руффини является наиболее простым для понимания.

Уже позже я нашел пример подобного доказательства основанного на работе Руффини в книге Чеботарёва “Основы Теории Галуа”. Далее я постараюсь кратко изложить принцип решения уравнений в радикалах и идею доказательства неразрешимости уравнения 5-й степени.

Решения уравнений в радикалах

Для дальнейшего понимания, потребуются минимальные пререквизиты:

Формулы Виета — напомню, что коэффициенты произвольного уравнения являются элементарными симметрическими функциями от его корней, то есть функциями, которые не меняют своего значения при любых перестановках корней. Примеры: x₁ + x₂ + x₃, x₁x₂x₃, x₁x₂ + x₁x₃ + x₂x₃. 

Теорема о симметрических многочленах — каждую симметрическую функцию от корней, можно выразить с помощью элементарных симметрических функций (коэффициентов уравнения).

Первообразные корни n-й степени из единицы — комплексные величины не равные единице, но n-я степень которых, равна единице. Примеры: (-1)² = 1, (-1/2 + sqrt(-3)/2)³ = 1, i⁴ = 1 соответственно квадратный, кубический и биквадратный корни из единицы. 

Основная теорема алгебры — гласит о том, что уравнение n-й степени с комплексными коэффициентами имеет ровно n комплексных корней с учетом кратности (корни могут быть одинаковые).

Первоначальная идея восходит к работе Жозефа Луи Лагранжа “Размышления о решении уравнений” 1770-1771 годов. Это достаточно объемное сочинение и я не нашел его перевода на русский или английский язык. Как указывается в разных источниках, в попытке найти формулу для уравнения 5-й степени, Лагранж проанализировал все имеющиеся к тому времени способы решения уравнений и выделил общий принцип, позволяющий решить уравнения 4-й и низших степеней. В этой же работе, изучая перестановки корней, он пришел к теореме, которая сейчас носит его имя. Принцип, открытый Лагранжем, заключался в том, чтобы найти выражения от корней заданного уравнения n-й степени, которые при всех возможных перестановках этих корней принимали n-1 значений, но в тоже время через них выражались первоначальные корни. На эти значения, можно составить уравнение n-1 степени и повторить операцию, тем самым сводя изначальное уравнение к цепочке уравнений меньших степеней, решив которые, можно получить корни первоначального уравнения. Рассмотрим один из примеров:

Пусть f(x) = x⁴ + ax³ + bx² + cx + d общее уравнение 4-й степени с произвольными коэффициентами a, b, c, d и x₁, x₂, x₃, x₄ его корни.  

Напомним, что его коэффициенты — это элементарные симметрические функции от корней, в чем можно убедиться просто раскрыв скобки в выражении (x — x₁)(x -x₂)(x — x₃)(x — x₄): 

x₁ + x₂ + x₃ + x₄ = -a 

x₁x₂ + x₁x₃ + x₁x₄ + x₂x₃ + x₂x₄ + x₃x₄ = b 

x₁x₂x₃ + x₁x₂x₄ + x₁x₃x₄ + x₂x₃x₄ = -c

x₁x₂x₃x₄ = d 

Так как корни являются произвольными, то существует 4! = 24 различных вариантов их расположения, но можно составить выражение x₁x₂ + x₃x₄, которое принимает всего три разных значения при всех 24-х перестановках корней:  

x₁x₂ + x₃x₄ = y₁

x₁x₃ + x₂x₄ = y₂ 

x₁x₄ + x₂x₃ = y₃ 

На эти три значения мы можем составить уже кубическое уравнение, корнями которого они и будут являться. Таким образом, мы сводим решение уравнения 4-й степени к уравнению 3-й степени. Для решения кубического уравнения мы можем воспользоваться резольвентой Лагранжа (y₁ + wy₂ + w²y₃)³, где w — это кубический корень из единицы. Данное выражение принимает всего два разных значения при всех возможных 3! = 6 перестановках. Оно будет сохранять значение при циклических перестановках и менять знак при любой транспозиции. Получим:

(y₁ + wy₂ + w²y₃)³ = z₁ 

(y₁ + w²y₂ + wy₃)³ = z₂ 

Теперь составим квадратное уравнение на z₁ и z₂:

(t — z₁)(t — z₂) = t² — t(z₁+z₂) + z₁z₂ 

z₁+z₂ и z₁z₂ — будут симметрическими функциями от корней нашего изначального уравнения f(x), следовательно, по теореме о симметрических многочленах, напрямую выражаться через коэффициенты a, b, c, d. Решив квадратное уравнение мы получим значения z₁, z₂. После чего, извлекая кубические корни из z₁, z₂, и складывая с коэффициентом b, сможем выразить y₁. Далее, c помощью y₁ и коэффициентов a, b, d, решив два квадратных уравнения, мы доберемся до корней x₁, x₂, x₃, x₄ изначального уравнения. 

Данный пример показывает, что произвольное уравнение 4-й степени решается путем составления вспомогательных кубического и квадратных уравнений. Далее я приведу рассуждение, почему подобный прием невозможен для общего уравнения 5-й степени.

Неразрешимость уравнения 5-й степени

Итак, мы хотим показать, что ни один корень общего уравнения 5-й степени не может быть выражен через его коэффициенты путем решения цепочки вспомогательных двучленных уравнений низших степеней. 

Пусть f(x) = x⁵ + ax⁴ + bx³ + cx² + xd + e общее уравнение 5-й степени с произвольными коэффициентами a, b, c, d, e и x₁, x₂, x₃, x₄, x₅ его корни. Обозначим за y₁ первый радикал входящий в значение x₁ в порядке вычисления. Пусть y₁ⁿ = p, где p будет какой-то симметрической функцией от корней и, следовательно, напрямую выражаться через коэффициенты a, b, c, d, e. Заметим, что y₁ уже не будет симметрической, а лишь рациональной функцией g от корней — g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅). Следовательно, g должно менять значение при перестановке любых двух корней. Тогда эти значения будут являться корнями уравнения y₁ⁿ = p, которые имеют вид g, zg, z²g, z³g … z^n-1g, где z — первообразный корень n-й степени из единицы (zⁿ=1). Рассмотрим произвольную транспозицию, например (x₁, x₂), тогда  

g(x₂, x₁, x₃, x₄, x₅) = zg(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) 

если мы применим ее еще раз, то получим:

g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) = zg(x₂, x₁, x₃, x₄, x₅) 

что равносильно g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) = z²g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅)

Из этого следует, что z² = 1, то есть z должен быть квадратным корнем из единицы (z = -1) и соответственно первый радикал y₁ будет квадратным. Поясним: так как корни являются произвольными, то g должно сохранять значение при любых четных перестановках корней и менять знак при нечетных. Теперь покажем, что значение функции g не будет меняться при циклической перестановке трех корней (x₁, x₂, x₃). Здесь стоит пояснить, что циклическая перестановка (x₁, x₂, x₃) четная и может быть представлена, как произведение транспозиций (x₁, x₂)(x₂, x₃). То есть, функция g не поменяет своего значения при данной перестановке. Еще заметим, что функция g не изменится при циклической перестановке пяти корней, так как она так же раскладывается в произведение четного количества транспозиций. Присоединяя радикал y₁ к выражениям от коэффициентов с помощью базовых арифметических операций, мы будем получать симметрические функции относительно всех циклов на трех и пяти корнях и вообще любых четных перестановок, но при перестановке содержащей нечетное количество транспозиций, y₁ будет менять знак. Дальнейшее присоединение квадратных радикалов не даст нам ничего нового. Теперь предположим, что мы пришли к радикалу, который меняет свое значение лишь при тройных циклах. Обозначим его y₂, тогда y₂ⁿ = q, где q — это рациональная функция от коэффициентов a, b, c, d, e и радикала y₁. 

g(x₂, x₃, x₁, x₄, x₅) = zg(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) 

g(x₃, x₁, x₂, x₄, x₅) = zg(x₂, x₃, x₁, x₄, x₅) 

g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) = zg(x₃, x₁, x₂, x₄, x₅) 

что равносильно g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) = z³g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) 

В данном случае z³ = 1, то есть z здесь будет кубическим корнем из единицы.  

Теперь произведем циклическую перестановку 5-и корней  

g(x₂, x₃, x₄, x₅, x₁) = zg(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) 

g(x₃, x₄, x₅, x₁, x₂) = zg(x₂, x₃, x₄, x₅, x₁) 

g(x₄, x₅, x₁, x₂, x₃) = zg(x₃, x₄, x₅, x₁, x₂) 

g(x₅, x₁, x₂, x₃, x₄) = zg(x₄, x₅, x₁, x₂, x₃) 

g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) = zg(x₅, x₁, x₂, x₃, x₄) 

Так как z должен быть кубическим корнем из единицы, как мы выяснили ранее, то единственным вариантом будет z = 1 и g должна быть инвариантна при любой из этих циклических перестановок. Но тогда она должна быть инвариантна и при циклической перестановке x₃,x₂,x₅,x₁,x₄ -> x₂,x₅,x₁,x₄,x₃. Отсюда, одной транспозицией мы можем получить, что

g(x₃, x₄, x₅, x₁, x₂) = g(x₂, x₃, x₁, x₄, x₅) 

но, выше мы уже видели, что 

g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) = g(x₃, x₄, x₅, x₁, x₂) 

а из этого следует 

g(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) = g(x₂, x₃, x₁, x₄, x₅) 

что приводит нас к противоречию, так как мы предполагали, что g меняет значение при циклической перестановке трех корней (x₁, x₂, x₃).  

Еще одним вариантом, было бы показать что все четные перестановки на пяти корнях порождаются тройными циклами, то есть, если есть тройные циклы, то никаких выражений от корней, которые бы сохраняли набор значений при всех четных перестановках, не существует. Если теперь перевести это на теоретико-групповой язык, то получается, что группа общего уравнения пятой степени есть симметрическая группа S₅, в которой существует 5! = 120 различных перестановок пяти корней. Далее, путем присоединения квадратного корня из дискриминанта, мы можем понизить ее до знакопеременной группы четных перестановок A₅, которая содержит 120/2 = 60 перестановок. Но A₅ является простой группой, в которой нет никаких нетривиальных нормальных подгрупп, которым бы соответствовали выражения от корней сохраняющие значения при определенных перестановках, из чего следует, что присоединение любых дополнительных радикалов не приблизит нас к решению.

Заключение

Поводом для написания данной статьи послужило желание структурировать свои мысли по этой теме и представить идеи о неразрешимости уравнений в радикалах без привлечения абстрактной алгебры и теории Галуа. По моему мнению, в подавляющем большинстве современных изложений теряется связь между областью, в которой происходит доказательство и конкретными уравнениями. Если у кого-то есть замечания, дополнения или ссылки на подобные элементарные изложения, буду рад услышать.

Карбоновые кислоты. Химия, 8–9 класс: уроки, тесты, задания.

1.	Формула кислоты Сложность: лёгкое	1
2.	Окраска индикатора Сложность: лёгкое	1
3.	Физические свойства карбоновых кислот Сложность: среднее	1
4.	Применение карбоновых кислот Сложность: среднее	1
5.	Общие формулы карбоновых кислот Сложность: среднее	1
6.	С чем реагирует кислота Сложность: среднее	1
7.	Продукты реакций Сложность: среднее	2
8.	Как определить вещества Сложность: сложное	3
9.	Вычисли массу углерода в кислоте Сложность: сложное	3

Иррациональные числа.

Рациональные числа. Иррациональные числа.
Примеры иррациональных чисел.
Формула сложного радикала.

Иррациональные числа в отличие от рациональных (см. “Рациональные числа”) не могут быть представлены в виде обыкновенной несократимой дроби вида: m / n, где  m  и  n  – целые числа. Это числа нового типа, которые могут быть вычислены с любой точностью, но не могут быть заменены рациональным числом. Они могут появиться как результат геометрических измерений, например: 

  — отношение длины диагонали квадрата к длине его стороны равно ,

  — отношение длины окружности к длине её диаметра равно иррациональному числу

Примеры других иррациональных чисел:

Докажем, что  является иррациональным числом. Предположим противное:  — рациональное число, тогда согласно определению рационального числа можно записать:  = m / n , отсюда: 2 = m² / n², или  m² = 2 n², то есть  m² делится на 2, следовательно,  m  делится на 2, откуда  m = 2 k, тогда  m² = 4 k² или 4 k² = 2 n², то есть n² = 2 k², то есть n² делится на 2, а значит,  n  делится на 2, следовательно,  m  и  n  имеют общий множитель 2, что противоречит определению рационального числа  (см. выше). Таким образом, доказано, что  является иррациональным числом.  

При алгебраических преобразованиях иррациональных выражений и уравнений, содержащих квадратные корни, может быть полезна следующая формула сложного радикала:

(все подкоренные выражения неотрицательны). Для доказательства этой формулы достаточно возвести в квадрат обе ее части.

3.1: Типы химических соединений и их формулы

Цели обучения

• Чтобы понять разницу между ковалентной и ионной связью.

Атомы всех веществ, содержащих несколько атомов, удерживаются вместе за счет электростатических взаимодействий — взаимодействий между электрически заряженными частицами, такими как протоны и электроны. Электростатическое притяжение между противоположно заряженными частицами (положительным и отрицательным) приводит к возникновению силы, которая заставляет их двигаться навстречу друг другу, подобно притяжению между противоположными полюсами двух магнитов. Напротив, электростатическое отталкивание между двумя видами с одинаковым зарядом (как положительным, так и отрицательным) приводит к силе, которая заставляет их отталкивать друг друга, как это делают одинаковые полюса двух магнитов. Атомы образуют химические соединения, когда электростатические взаимодействия притяжения между ними сильнее, чем взаимодействия отталкивания. В совокупности притягивающие взаимодействия между атомами называются химическими связями.

Химические связи обычно делятся на два принципиально разных типа: ионные и ковалентные.В действительности, однако, связи в большинстве веществ не являются ни чисто ионными, ни чисто ковалентными, а лежат в спектре между этими крайностями. Хотя чисто ионные и чисто ковалентные связи представляют собой крайние случаи, редко встречающиеся в каких-либо, кроме очень простых веществ, краткое обсуждение этих двух крайностей помогает объяснить, почему вещества с различными видами химических связей обладают очень разными свойствами. Ионные соединения состоят из положительно и отрицательно заряженных ионов, удерживаемых вместе сильными электростатическими силами, тогда как ковалентные соединения обычно состоят из молекул, представляющих собой группы атомов, в которых одна или несколько пар электронов являются общими для связанных атомов.В ковалентной связи атомы удерживаются вместе за счет электростатического притяжения между положительно заряженными ядрами связанных атомов и отрицательно заряженными электронами, которые они разделяют. Это обсуждение структур и формул начинается с описания ковалентных соединений. Энергетические факторы, участвующие в образовании связи, более подробно описаны ниже.

Примечание

Ионные соединения состоят из ионов с противоположными зарядами, удерживаемых вместе сильными электростатическими силами, тогда как пары электронов являются общими для связанных атомов в ковалентных соединениях.

Ковалентные молекулы и соединения

Точно так же, как атом является простейшей единицей, обладающей фундаментальными химическими свойствами элемента, молекула является простейшей единицей, обладающей фундаментальными химическими свойствами ковалентного соединения. Некоторые чистые элементы существуют в виде ковалентных молекул. Водород, азот, кислород и галогены встречаются в природе в виде двухатомных («два атома») молекул H ₂ , N ₂ , O ₂ , F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , и I ₂ (часть (a) на рисунке \(\PageIndex{1}\)).Точно так же несколько чистых элементов существуют в виде многоатомных («многоатомных») молекул, таких как элементарный фосфор и сера, которые встречаются как P ₄ и S ₈ (часть (b) на рисунке \(\PageIndex{1} \)).

Каждое ковалентное соединение представлено молекулярной формулой, которая дает атомный символ для каждого составляющего элемента в установленном порядке, сопровождаемый нижним индексом, указывающим количество атомов этого элемента в молекуле. Нижний индекс записывается только в том случае, если число атомов больше 1.Например, вода с двумя атомами водорода и одним атомом кислорода на молекулу записывается как \(H_2O\). Точно так же углекислый газ, который содержит один атом углерода и два атома кислорода в каждой молекуле, записывается как \(CO_2\).

Ковалентные соединения, содержащие преимущественно углерод и водород, называются органическими соединениями. При представлении формул органических соединений сначала пишут углерод, затем водород, а затем любые другие элементы в алфавитном порядке (например,г. , CH ₄ O – метиловый спирт, горючее). Соединения, которые состоят в основном из элементов, отличных от углерода и водорода, называются неорганическими соединениями; они включают как ковалентные, так и ионные соединения. В неорганических соединениях составные элементы перечислены, начиная с самого левого в периодической таблице, как в CO ₂ или SF ₆ . Те, кто находится в одной группе, перечислены, начиная с нижнего элемента и вверх, как в ClF. Однако по соглашению, когда неорганическое соединение содержит как водород, так и элемент из групп 13–15, водород обычно указывается в формуле последним.Примерами являются аммиак (NH ₃ ) и силан (SiH ₄ ). Такие соединения, как вода, состав которых был установлен задолго до того, как была принята эта конвенция, всегда пишутся сначала водородом: вода всегда пишется как H ₂ O, а не OH ₂ . Условные обозначения для неорганических кислот, таких как соляная кислота (HCl) и серная кислота (H ₂ SO ₄ ), описаны в другом месте.

Примечание

Для органических соединений: сначала напишите C, затем H, а затем остальные элементы в алфавитном порядке.Для молекулярных неорганических соединений: начните с крайне левого элемента периодической таблицы; перечислите элементы в той же группе, начиная с нижнего элемента и работая вверх.

Пример \(\PageIndex{1}\)

Напишите молекулярную формулу каждого соединения.

1. Соединение фосфора и серы, ответственное за воспламенение так называемых зажигательных спичек, содержит 4 атома фосфора и 3 атома серы на молекулу.
2. Этиловый спирт, спирт алкогольных напитков, имеет 1 атом кислорода, 2 атома углерода и 6 атомов водорода на молекулу.
Фреон-11
3. , когда-то широко использовавшийся в автомобильных кондиционерах и причастный к повреждению озонового слоя, имеет 1 атом углерода, 3 атома хлора и 1 атом фтора на молекулу.

Дано : идентичность присутствующих элементов и количество атомов каждого

Запрашиваемый : молекулярная формула

Стратегия :

A Определите символ для каждого элемента в молекуле. Затем идентифицируйте вещество как органическое или неорганическое соединение.

B Если вещество представляет собой органическое соединение, расположите элементы в порядке, начиная с углерода и водорода, а затем перечислите остальные элементы в алфавитном порядке. Если это неорганическое соединение, перечислите элементы, начиная с самого левого в периодической таблице. Перечислите элементы в одной группе, начиная с нижнего элемента и вверх.

C Из предоставленной информации добавьте индекс для каждого типа атома, чтобы написать молекулярную формулу.

Решение :

а.

• A В молекуле 4 атома фосфора и 3 атома серы. Поскольку соединение не содержит в основном углерод и водород, оно является неорганическим.
• B Фосфор находится в группе 15, а сера в группе 16. Поскольку фосфор находится слева от серы, он пишется первым.
• C Запись количества атомов каждого вида в правом нижнем индексе дает P ₄ S ₃ в виде молекулярной формулы.

б.

• A Этиловый спирт содержит преимущественно углерод и водород, поэтому он является органическим соединением.
• B Формула органического соединения записывается так, чтобы сначала число атомов углерода, затем число атомов водорода и остальные атомы в алфавитном порядке: CHO.
• C Добавление нижних индексов дает молекулярную формулу \(\ce{C2H6O}\).

в.

• A Фреон-11 содержит углерод, хлор и фтор.Его можно рассматривать либо как неорганическое соединение, либо как органическое соединение (в котором фтор заменил водород). Таким образом, формула для фреона-11 может быть записана с использованием любого из двух соглашений.
• B Согласно соглашению для неорганических соединений, углерод пишется первым, потому что он находится дальше слева в таблице Менделеева. Фтор и хлор находятся в одной группе, поэтому они перечислены, начиная с низшего элемента и вверх: CClF. Добавление нижних индексов дает молекулярную формулу CCl ₃ F.
• C Такую же формулу получаем для фреона-11, используя условное обозначение для органических соединений. Сначала записывается число атомов углерода, затем количество атомов водорода (ноль), а затем остальные элементы в алфавитном порядке, что также дает CCl ₃ F.

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Напишите молекулярную формулу каждого соединения.

1. Закись азота, также называемая «веселящим газом», имеет 2 атома азота и 1 атом кислорода на молекулу.Закись азота используется в качестве мягкого анестетика при небольших хирургических вмешательствах и в качестве пропеллента в банках со взбитыми сливками.
2. Сахароза, также известная как тростниковый сахар, имеет 12 атомов углерода, 11 атомов кислорода и 22 атома водорода.
3. Гексафторид серы, газ, используемый для повышения давления «не находящихся под давлением» теннисных мячей и в качестве охлаждающей жидкости в ядерных реакторах, содержит 6 атомов фтора и 1 атом серы на молекулу.

Ответ :

1. Н ₂ О
2. С ₁₂ Н ₂₂ О ₁₁
3. СФ ₆

Представления молекулярных структур

Молекулярные формулы дают только элементный состав молекул.Напротив, структурные формулы показывают, какие атомы связаны друг с другом, а в некоторых случаях и приблизительное расположение атомов в пространстве. Знание структурной формулы соединения позволяет химикам создать трехмерную модель, которая предоставляет информацию о том, как это соединение будет вести себя физически и химически.

Структурная формула для H ₂ может быть представлена ​​как H–H, а для I ₂ – как I–I, где линия указывает на одну пару общих электронов, одинарную связь. Две пары электронов являются общими в двойной связи, что обозначено двумя линиями, например, O ₂ означает O=O. Три пары электронов являются общими в тройной связи, что обозначено тремя линиями — например, N ₂ — это N≡N (рисунок \(\PageIndex{2}\)).Углерод уникален тем, что он образует одинарные, двойные и тройные связи с самим собой и другими элементами. Количество связей, образуемых атомом в его ковалентных соединениях, не является произвольным. Водород, кислород, азот и углерод имеют очень сильную склонность к образованию веществ, в которых они имеют соответственно одну, две, три и четыре связи с другими атомами (таблица \(\PageIndex{1}\)).

Структурная формула воды может быть представлена ​​следующим образом:

Поскольку последний аппроксимирует экспериментально определенную форму молекулы воды, он более информативен. Точно так же аммиак (NH ₃ ) и метан (CH ₄ ) часто записывают в виде плоских молекул:

Однако, как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\), фактическая трехмерная структура NH ₃ выглядит как пирамида с треугольным основанием из трех атомов водорода. Структура CH ₄ с четырьмя атомами водорода, расположенными вокруг центрального атома углерода, как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\), является тетраэдрической: атомы водорода расположены в каждой второй вершине куба.Многие соединения, в частности соединения углерода, имеют четыре связанных атома, расположенных вокруг центрального атома, образуя тетраэдр.

Рисунки  \(\PageIndex{3}\)-\(\PageIndex{3}\) иллюстрируют различные способы представления структуры молекул. Должно быть ясно, что не существует единственного «наилучшего» способа изобразить структуру молекулы; используемый метод зависит от того, какой аспект структуры следует подчеркнуть и сколько времени и усилий требуется. На рисунке \(\PageIndex{4}\) показаны различные способы изображения структуры несколько более сложной молекулы: метанола. Эти представления сильно различаются по своей информативности.Например, молекулярная формула метанола (часть (а) на рисунке \(\PageIndex{4}\)) дает только количество атомов каждого вида; запись метанола как CH ₄ O ничего не говорит о его структуре. Напротив, структурная формула (часть (b) на рисунке \(\PageIndex{4}\)) показывает, как связаны атомы, но метанол выглядит плоским (что на самом деле не так). И шаростержневая модель (часть (c) на рисунке \(\PageIndex{4}\)) и перспективный рисунок (часть (d) на рисунке \(\PageIndex{4}\)) показывают три- объемная структура молекулы. Последнее (также называемое клино-штриховым представлением) — самый простой способ зарисовать структуру молекулы в трех измерениях. Он показывает, какие атомы находятся выше и ниже плоскости бумаги, используя клинья и штрихи соответственно; центральный атом всегда предполагается находящимся в плоскости бумаги. Модель заполнения пространства (часть (e) на рисунке \(\PageIndex{4}\)) иллюстрирует приблизительные относительные размеры атомов в молекуле, но не показывает связи между атомами. Кроме того, в модели заполнения пространства атомы «впереди» молекулы могут заслонять атомы «сзади».

Хотя структурная формула, шарико-стержневая модель, чертеж в перспективе и заполняющая пространство модель предоставляют значительный объем информации о структуре молекулы, каждая из них требует времени и усилий. Следовательно, химики часто используют сокращенную структурную формулу (часть (f) на рисунке \(\PageIndex{4}\)), в которой опущены линии, представляющие связи между атомами, и просто перечислены атомы, связанные с данным атомом рядом с ним.Несколько групп, присоединенных к одному и тому же атому, показаны в круглых скобках, за которыми следует нижний индекс, указывающий количество таких групп. Например, сокращенная структурная формула метанола — CH ₃ OH, что указывает на то, что молекула содержит звено CH ₃ , похожее на фрагмент метана (CH ₄ ). Таким образом, метанол можно рассматривать либо как молекулу метана, в которой один атом водорода заменен группой –ОН, либо как молекулу воды, в которой один атом водорода заменен фрагментом –СН ₃ . Из-за простоты использования и информативности мы используем сокращенные структурные формулы для молекул в этом тексте. Шарико-стержневые модели используются, когда необходимо проиллюстрировать трехмерную структуру молекул, а заполняющие пространство модели используются только тогда, когда необходимо визуализировать относительные размеры атомов или молекул, чтобы понять важный момент.

Пример \(\PageIndex{2}\)

Напишите молекулярную формулу каждого соединения. Приведена сокращенная структурная формула.

1. Монохлорид серы (также называемый дихлоридом серы) представляет собой коррозионно-желтую жидкость с неприятным запахом, используемую в производстве синтетического каучука. Его сокращенная структурная формула ClSSCl.
2. Этиленгликоль является основным компонентом антифриза. Его сокращенная структурная формула: HOCH ₂ CH ₂ OH.
3. Триметиламин – одно из веществ, ответственных за запах испорченной рыбы. Его сокращенная структурная формула (CH ₃ ) ₃ N.

Дано : сокращенная структурная формула

Запрашиваемый : молекулярная формула

Стратегия :

1. Определите каждый элемент в сокращенной структурной формуле, а затем определите, является ли соединение органическим или неорганическим.
2. При необходимости используйте органические или неорганические обозначения для перечисления элементов. Затем добавьте соответствующие нижние индексы, чтобы указать количество атомов каждого элемента, присутствующего в молекулярной формуле.

Решение :

Молекулярная формула содержит список элементов в молекуле и число атомов каждого из них.

1. A Каждая молекула монохлорида серы содержит два атома серы и два атома хлора. Поскольку он не содержит в основном углерод и водород, это неорганическое соединение. B Сера находится слева от хлора в таблице Менделеева, поэтому в формуле она написана первой. Добавление нижних индексов дает молекулярную формулу S ₂ Cl ₂ .
2. A Подсчитав количество атомов в этиленгликоле, мы получаем шесть атомов водорода, два атома углерода и два атома кислорода на молекулу. Соединение состоит в основном из атомов углерода и водорода, поэтому оно является органическим. B Как и во всех органических соединениях, C и H пишутся первыми в молекулярной формуле. Добавление соответствующих индексов дает молекулярную формулу C ₂ H ₆ O ₂ .
3. A Сокращенная структурная формула показывает, что триметиламин содержит три звена CH ₃ , поэтому у нас есть один атом азота, три атома углерода и девять атомов водорода на молекулу.Поскольку триметиламин содержит в основном углерод и водород, это органическое соединение. B Согласно соглашению об органических соединениях C и H пишутся первыми, что дает молекулярную формулу C ₃ H ₉ N.

Упражнение \(\PageIndex{2}\)

Напишите молекулярную формулу каждой молекулы.

1. Хлороформ, который был одним из первых анестетиков и до недавнего времени использовался во многих сиропах от кашля, содержит один атом углерода, один атом водорода и три атома хлора.Его сокращенная структурная формула: CHCl ₃ .
2. Гидразин используется в качестве топлива в реактивных двигателях космического корабля «Шаттл». Его сокращенная структурная формула H ₂ NNH ₂ .
3. Путресцин — это соединение с резким запахом, впервые выделенное из экстрактов гниющего мяса. Его сокращенная структурная формула: H ₂ NCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ NH ₂ . Его часто записывают как H ₂ N(CH ₂ ) ₄ NH ₂ , чтобы указать, что имеется четыре фрагмента CH ₂ , связанных вместе.

Ответить на

CHCl ₃

Ответ б

Н ₂ Н ₄

Ответ c

С ₄ Н ₁₂ С ₂

Ионные соединения

Вещества, описанные в предыдущем обсуждении, состоят из электрически нейтральных молекул; то есть количество положительно заряженных протонов в ядре равно количеству отрицательно заряженных электронов.Напротив, ионы представляют собой атомы или группы атомов, которые имеют общий электрический заряд. Ионы, содержащие меньше электронов, чем протоны, имеют суммарный положительный заряд и называются катионами. И наоборот, ионы, содержащие больше электронов, чем протонов, имеют суммарный отрицательный заряд и называются анионами. Ионные соединения содержат как катионы, так и анионы в соотношении, которое приводит к отсутствию общего электрического заряда.

Примечание

Ионные соединения содержат как катионы, так и анионы в соотношении, которое приводит к нулевому электрическому заряду .

В ковалентных соединениях электроны распределяются между связанными атомами и одновременно притягиваются более чем к одному ядру.Напротив, ионные соединения содержат катионы и анионы, а не дискретные нейтральные молекулы. Ионные соединения удерживаются вместе благодаря притягивающим электростатическим взаимодействиям между катионами и анионами. В ионном соединении катионы и анионы расположены в пространстве, образуя расширенный трехмерный массив, который максимизирует количество электростатических взаимодействий притяжения и минимизирует количество электростатических взаимодействий отталкивания (рис. \(\PageIndex{5}\)). Как показано в уравнении 3.1.1, электростатическая энергия взаимодействия между двумя заряженными частицами пропорциональна произведению зарядов частиц и обратно пропорциональна расстоянию между ними:

\[ \text {электростатическая энергия} \propto {Q_1Q_2 \over r} \label{3.1.1}\]

где

• \(Q_1\) и \(Q_2\) — электрические заряды частиц 1 и 2, а
• \(r\) — расстояние между ними.

Когда \(Q_1\) и \(Q_2\) оба положительны, что соответствует зарядам катионов, катионы отталкиваются друг от друга и электростатическая энергия положительна. Когда \(Q_1\) и \(Q_2\) оба отрицательны, что соответствует зарядам анионов, анионы отталкиваются друг от друга, и электростатическая энергия снова положительна.Электростатическая энергия отрицательна только тогда, когда заряды имеют противоположные знаки; то есть положительно заряженные виды притягиваются к отрицательно заряженным видам и наоборот. Как показано на рисунке \(\PageIndex{6}\), сила взаимодействия пропорциональна величине зарядов и уменьшается по мере увеличения расстояния между частицами. Эти энергетические факторы обсуждаются более подробно позже.

Примечание

Если электростатическая энергия положительна, частицы отталкиваются друг от друга; если электростатическая энергия отрицательна, частицы притягиваются друг к другу.

Одним из примеров ионного соединения является хлорид натрия (NaCl), образованный из натрия и хлора.При образовании химических соединений многие элементы имеют тенденцию приобретать или терять достаточно электронов, чтобы получить такое же количество электронов, как у ближайшего к ним инертного газа в периодической таблице. Когда натрий и хлор вступают в контакт, каждый атом натрия отдает электрон, чтобы стать ионом Na ⁺ с 11 протонами в ядре, но только 10 электронами (как у неона), и каждый атом хлора получает электрон, чтобы стать ионом Cl. Ион ⁻ с 17 протонами в ядре и 18 электронами (как у аргона), как показано в части (b) на рисунке \(\PageIndex{5}\).Твердый хлорид натрия содержит равное количество катионов (Na ⁺ ) и анионов (Cl ^— ), таким образом сохраняя электрическую нейтральность. Каждый ион Na ⁺ окружен 6 ионами Cl ^— , а каждый ион Cl ^— окружен 6 ионами Na ⁺ . Из-за большого количества взаимодействий притяжения Na ⁺ Cl ^— общая электростатическая энергия притяжения в NaCl велика.

В соответствии с тенденцией иметь то же количество электронов, что и ближайший благородный газ, при образовании ионов элементы в группах 1, 2 и 3 имеют тенденцию терять один, два и три электрона соответственно с образованием катионов, таких как Na ⁺ и Mg ^{2 +} .Тогда у них такое же количество электронов, как у ближайшего инертного газа: неона. Точно так же K ⁺ , Ca ^{2 +} и Sc ^{3 +} имеют по 18 электронов, как и ближайший благородный газ: аргон. Кроме того, элементы группы 13 теряют три электрона с образованием катионов, таких как Al ^{3 +} , снова достигая того же количества электронов, что и ближайший к ним инертный газ в периодической таблице. Поскольку лантаниды и актиниды формально принадлежат к группе 3, наиболее распространенным ионом, образованным этими элементами, является M ^{3 +} , где M представляет собой металл.И наоборот, элементы в группах 17, 16 и 15 часто реагируют, чтобы получить один, два и три электрона, соответственно, с образованием таких ионов, как Cl ^— , S ^{2 —} и P ^{3 —} . Такие ионы, которые содержат только один атом, называются одноатомными ионами. Заряды большинства одноатомных ионов, полученных из элементов основной группы, можно предсказать, просто взглянув на периодическую таблицу и подсчитав, сколько столбцов элемента находится с крайнего левого или правого края. Например, барий (в группе 2) образует Ba ^{2 +} , чтобы иметь то же количество электронов, что и его ближайший благородный газ, ксенон; кислород (в группе 16) образует O ²⁻ , чтобы иметь то же количество электронов, что и неон; а цезий (в группе 1) образует Cs ⁺ , который имеет такое же количество электронов, как ксенон. Обратите внимание, что этот метод неэффективен для большинства переходных металлов, как обсуждалось в разделе 2.3. Некоторые распространенные одноатомные ионы перечислены в таблице \(\PageIndex{2}\).

Примечание

Элементы групп 1, 2 и 3 склонны образовывать ионы 1+, 2+ и 3+ соответственно; элементы в группах 15, 16 и 17 имеют тенденцию образовывать ионы 3-, 2- и 1- соответственно.

Пример \(\PageIndex{3}\)

Предсказать заряд наиболее распространенного одноатомного иона, образованного каждым элементом.

1. алюминий, используемый в квантовых логических часах, самых точных часах в мире
2. селен, используемый для производства стекла рубинового цвета
3. иттрий, используемый для изготовления высокоэффективных свечей зажигания

Дано : элемент

По запросу : ионный заряд

Стратегия :

A Определите группу в периодической таблице, к которой принадлежит элемент. Основываясь на его положении в периодической таблице, решите, является ли элемент металлом, который имеет тенденцию терять электроны; неметалл, который имеет тенденцию приобретать электроны; или полуметалл, который может сделать и то, и другое.

B Найдя ближайший к элементу благородный газ, определите, какое количество электронов элемент должен получить или потерять, чтобы иметь такое же количество электронов, как у ближайшего благородного газа.

Решение :

1. A Алюминий — металл 13 группы; следовательно, он будет иметь тенденцию терять электроны. B Ближайший благородный газ к алюминию – неон. Алюминий потеряет три электрона, чтобы сформировать ион Al ^{3 +} , который имеет такое же количество электронов, как и неон.
2. A Селен является неметаллом 16-й группы, поэтому он склонен приобретать электроны. B Ближайшим благородным газом является криптон, поэтому мы предсказываем, что селен получит два электрона, чтобы сформировать ион Se ^{2 −} , который имеет такое же количество электронов, как и криптон.
3. A Иттрий относится к группе 3, и элементы этой группы представляют собой металлы, склонные терять электроны. B Ближайшим благородным газом к иттрию является криптон, поэтому, по прогнозам, иттрий потеряет три электрона с образованием Y ^{3 +} , который имеет то же количество электронов, что и криптон.

Упражнение \(\PageIndex{3}\)

Предсказать заряд наиболее распространенного одноатомного иона, образованного каждым элементом.

1. кальций, используемый для профилактики остеопороза
2. йод, необходимый для синтеза гормонов щитовидной железы
3. цирконий, широко используемый в ядерных реакторах

Ответ :

1. Ca ^{2 +}
2. I ⁻
3. Zr ^{4 +}

Молекулярные и ионные соединения: https://youtu.be/zJejgCll1bw

Физические свойства ионных и ковалентных соединений

В общем, ионные и ковалентные соединения имеют разные физические свойства. Ионные соединения образуют твердые кристаллические вещества, плавящиеся при высоких температурах и устойчивые к испарению. Эти свойства обусловлены характерной внутренней структурой ионного твердого тела, схематически показанной в части (a) на рисунке \(\PageIndex{8}\), на котором показан трехмерный массив чередующихся положительных и отрицательных ионов, удерживаемых вместе сильным электростатическим притяжением. .Напротив, как показано в части (b) на рисунке \(\PageIndex{8}\), большинство ковалентных соединений состоят из отдельных молекул, удерживаемых вместе сравнительно слабыми межмолекулярными силами (силами между молекулами), даже если атомы внутри каждой молекулы удерживаются прочными внутримолекулярными ковалентными связями (силами внутри молекулы). Ковалентные вещества могут быть газами, жидкостями или твердыми телами при комнатной температуре и давлении, в зависимости от силы межмолекулярных взаимодействий. Ковалентные молекулярные твердые вещества имеют тенденцию образовывать мягкие кристаллы, которые плавятся при низких температурах и легко испаряются.Однако некоторые ковалентные вещества не являются молекулярными, а состоят из бесконечных трехмерных массивов ковалентно связанных атомов и включают некоторые из самых твердых известных материалов, таких как алмаз. Эта тема будет затронута в другом месте. Ковалентные связи, которые удерживают атомы вместе в молекулах, не изменяются, когда ковалентные вещества плавятся или испаряются, поэтому образуется жидкость или пар из независимых молекул. Например, при комнатной температуре метан, основной компонент природного газа, представляет собой газ, состоящий из дискретных молекул CH ₄ .Сравнение различных физических свойств ионных соединений и ковалентных молекулярных веществ приведено в таблице \(\PageIndex{3}\).

Когда химики синтезируют новое соединение, они могут еще не знать его молекулярную или структурную формулу.В таких случаях обычно начинают с определения его эмпирической формулы, относительных чисел атомов элементов в соединении, приведенных к наименьшим целым числам. Поскольку эмпирическая формула основана на экспериментальных измерениях количества атомов в образце соединения, она показывает только отношения количества присутствующих элементов. Разницу между эмпирическими и молекулярными формулами можно проиллюстрировать на примере бутана, ковалентного соединения, используемого в качестве топлива в одноразовых зажигалках. Молекулярная формула бутана C ₄ H ₁₀ . Отношение атомов углерода к атомам водорода в бутане составляет 4:10, что может быть уменьшено до 2:5. Таким образом, эмпирическая формула бутана C ₂ H ₅ . Формульная единица — это абсолютная группировка атомов или ионов, представленная эмпирической формулой соединения, ионного или ковалентного. Бутан имеет эмпирическую формулу C ₂ H ₅ , но он содержит две формульные единицы C ₂ H ₅ , что дает молекулярную формулу C ₄ H ₁₀ .

Поскольку ионные соединения не содержат дискретных молекул, для обозначения их состава используются эмпирические формулы. Все соединения, будь то ионные или ковалентные, должны быть электрически нейтральными. Следовательно, положительные и отрицательные заряды в формульной единице должны точно компенсировать друг друга. Если катион и анион имеют заряды одинаковой величины, например Na ⁺ и Cl ^— , то в соединении должно быть соотношение катионов к анионам 1:1, а эмпирическая формула должна быть NaCl. Если заряды не одинаковой величины, то для получения нейтрального соединения необходимо соотношение катион: анион, отличное от 1:1. Например, в случае Mg ^{2 +} и Cl ^— два иона Cl ^— необходимы для уравновешивания двух положительных зарядов на каждом ионе Mg ^{2 +} , что дает эмпирическую формулу MgCl ₂ . Точно так же формула ионного соединения, содержащего ионы Na ⁺ и O ^2– , имеет вид Na ₂ O.

Примечание

Ионные соединения не содержат дискретных молекул, поэтому для обозначения их состава используются эмпирические формулы.

Бинарные ионные соединения

Ионное соединение, содержащее только два элемента, один в виде катиона, а другой в виде аниона, называется бинарным ионным соединением. Одним из примеров является MgCl ₂ , коагулянт, используемый при приготовлении тофу из соевых бобов. Для бинарных ионных соединений нижние индексы в эмпирической формуле также можно получить путем пересечения зарядов: используйте абсолютное значение заряда одного иона в качестве нижнего индекса для другого иона. Этот метод схематично показан следующим образом:

Плата за проезд . Одним из методов получения индексов в эмпирической формуле является скрещивание зарядов .

При пересечении зарядов иногда необходимо привести индексы к их простейшему соотношению, чтобы записать эмпирическую формулу. Рассмотрим, например, соединение, образованное Mg ^{2 +} и O ²⁻ . Использование абсолютных значений зарядов ионов в качестве нижних индексов дает формулу Mg ₂ O ₂ :

Это упрощает его правильную эмпирическую формулу MgO.Эмпирическая формула имеет один ион Mg ^{2 +} и один ион O ²⁻ .

Пример \(\PageIndex{4}\)

Напишите эмпирическую формулу простейшего бинарного ионного соединения, образованного каждым ионом или парой элементов.

1. Ga ^{3 +} и As ^{3 −}
2. Eu ^{3 +} и O ²⁻
3. кальций и хлор

Дано : ионы или элементы

Запрошено : эмпирическая формула для бинарного ионного соединения

Стратегия :

A Если не указано, определите заряды ионов на основе положения элементов в периодической таблице.

B Используйте абсолютное значение заряда каждого иона в качестве нижнего индекса для другого иона. Уменьшите индексы до наименьших чисел

, чтобы написать эмпирическую формулу. Убедитесь, что эмпирическая формула электрически нейтральна.

Раствор

а. B Использование абсолютных значений зарядов ионов в качестве нижних индексов дает Ga3As3:

Сокращение индексов до наименьших целых чисел дает эмпирическую формулу GaAs, электрически нейтральную [+3 + (-3) = 0].В качестве альтернативы мы могли бы признать, что Ga ^{3 +} и As ^{3 —} имеют заряды одинаковой величины, но разных знаков. Один ион Ga ^{3 +} уравновешивает заряд одного иона As ^{3 —} , и соединение 1:1 не будет иметь суммарного заряда. Поскольку мы пишем индексы только в том случае, если число больше 1, эмпирическая формула — GaAs. GaAs — это арсенид галлия, который широко используется в электронной промышленности в транзисторах и других устройствах.

б. B Поскольку Eu ^{3 +} имеет заряд +3, а O ²⁻ имеет заряд -2, соединение 1:1 будет иметь суммарный заряд +1. Поэтому мы должны найти кратные суммы зарядов, которые сокращаются. Перекрестим заряды, используя абсолютное значение заряда одного иона в качестве нижнего индекса для другого иона:

Нижний индекс для Eu ^{3 +} равен 2 (от O ^2– ), а нижний индекс для O ^2– равен 3 (от Eu ^{3 +} ), что дает Eu2 0 ₃ ; индексы не могут быть сокращены дальше.Эмпирическая формула содержит положительный заряд 2 (+3) = +6 и отрицательный заряд 3 (-2) = -6, при общем заряде 0. Соединение Eu ₂ O ₃ является нейтральным. Оксид европия отвечает за красный цвет на экранах телевизоров и компьютеров.

в. A Поскольку заряды ионов не указаны, мы должны сначала определить заряды, ожидаемые для наиболее распространенных ионов, полученных из кальция и хлора. Кальций находится во 2-й группе, поэтому он должен потерять два электрона, чтобы образовать Ca ^{2 +} .Хлор находится в группе 17, поэтому он должен получить один электрон, чтобы образовать Cl ^— .

B Два иона Cl ⁻ необходимы для балансировки заряда одного иона Ca ^{2 +} , что приводит к эмпирической формуле CaCl ₂ . Мы также могли бы перекрестить заряды, используя абсолютное значение заряда Ca ^{2 +} в качестве нижнего индекса для Cl и абсолютное значение заряда Cl ⁻ в качестве нижнего индекса для Ca:

Нижние индексы в CaCl ₂ не могут быть дополнительно сокращены.Эмпирическая формула электрически нейтральна [+2 + 2(-1) = 0]. Это соединение представляет собой хлорид кальция, одно из веществ, используемых в качестве «соли» для таяния льда на дорогах и тротуарах зимой.

Упражнение \(\PageIndex{4}\)

Напишите эмпирическую формулу простейшего бинарного ионного соединения, образованного каждым ионом или парой элементов.

1. Li ⁺ и N ³⁻
2. Al ^{3 +} и O ²⁻
3. литий и кислород

Ответ :

1. Ли ₃ Н
2. Ал ₂ О ₃
3. Ли ₂ О

Многоатомные ионы

Многоатомные ионы представляют собой группы атомов, которые несут суммарный электрический заряд, хотя атомы в многоатомном ионе удерживаются вместе теми же ковалентными связями, что и атомы в молекулах.Точно так же, как видов молекул намного больше, чем простых элементов, многоатомных ионов гораздо больше, чем одноатомных. Двумя примерами многоатомных катионов являются ионы аммония (NH ₄ ⁺ ) и метиламмония (CH ₃ NH ₃ ⁺ ). Многоатомных анионов гораздо больше, чем многоатомных катионов; некоторые распространенные примеры приведены в таблице \(\PageIndex{4}\).

Метод, используемый для предсказания эмпирических формул для ионных соединений, содержащих одноатомные ионы, также можно использовать для соединений, содержащих многоатомные ионы. Общий заряд катионов должен уравновешивать общий заряд анионов в формульной единице. Таким образом, ионы K ⁺ и NO ₃ ⁻ объединяются в соотношении 1: 1 с образованием KNO ₃ (нитрат калия или селитра), основного ингредиента черного пороха. Точно так же Ca ^{2 +} и SO ₄ ^{2 —} образуют CaSO ₄ (сульфат кальция), который соединяется с различным количеством воды с образованием гипса и гипса.Многоатомные ионы NH ₄ ⁺ и NO ₃ ⁻ образуют NH ₄ NO ₃ (аммиачная селитра), широко используемое удобрение и, в чужих руках, взрывчатое вещество. Одним из примеров соединения, в котором ионы имеют заряды разной величины, является фосфат кальция, который состоит из ионов Ca ^{2 +} и PO ₄ ^{3 —} ; это основной компонент костей. Соединение электрически нейтрально, потому что ионы объединяются в соотношении три иона Ca ^{2 +} [3(+2) = +6] на каждые два иона [2(-3) = -6], что дает эмпирическое формула Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ; скобки вокруг PO ₄ в эмпирической формуле указывают на то, что это многоатомный ион. Запись формулы фосфата кальция в виде Ca ₃ P ₂ O ₈ дает правильный номер каждого атома в формульной единице, но затемняет тот факт, что соединение содержит легко идентифицируемый PO ₄ ^{3 −} ионов.

Пример \(\PageIndex{5}\)

Напишите эмпирическую формулу соединения, образованного каждой парой ионов.

1. Na ⁺ и HPO ₄ ^{2 −}
2. катион калия и анион цианида
3. катион кальция и анион гипохлорита

Дано : ионы

Запрошено : эмпирическая формула для ионного соединения

Стратегия :

A Если он не указан, определите заряд одноатомного иона по его местоположению в периодической таблице.Используйте таблицу \(\PageIndex{4}\) «Общие многоатомные ионы и их названия», чтобы найти заряд многоатомного иона.

B Используйте абсолютное значение заряда каждого иона в качестве нижнего индекса для другого иона. При написании эмпирической формулы сократите индексы до наименьших целых чисел.

Решение :

а. B Поскольку HPO ₄ ^{2 −} имеет заряд −2, а Na ⁺ имеет заряд +1, эмпирическая формула требует двух ионов Na ⁺ , чтобы сбалансировать заряд многоатомного иона. , давая Na ₂ HPO ₄ .Нижние индексы уменьшены до наименьших чисел, поэтому эмпирическая формула Na ₂ HPO ₄ . Это соединение представляет собой гидрофосфат натрия, который используется для придания текстуры плавленым сырам, пудингам и завтракам быстрого приготовления.

б. A Катион калия K ⁺ , анион цианида CN ⁻ . B Поскольку величина заряда каждого иона одинакова, эмпирическая формула — KCN. Цианистый калий очень токсичен, и одно время его использовали в качестве крысиного яда.Однако это использование было прекращено, потому что слишком много людей отравились случайно.

в. A Катион кальция Ca ^{2 +} , анион гипохлорита ClO ⁻ . B Два иона ClO ⁻ необходимы для балансировки заряда одного иона Ca ^{2 +} , что дает Ca(ClO) ₂ . Нижние индексы не могут быть сокращены дальше, поэтому эмпирическая формула Ca(ClO) ₂ . Это гипохлорит кальция, «хлор», используемый для очистки воды в плавательных бассейнах.

Упражнение \(\PageIndex{5}\)

Напишите эмпирическую формулу соединения, образованного каждой парой ионов.

1. Ca ^{2 +} и H ₂ PO ₄ ⁻
2. катион натрия и анион бикарбоната
3. катион аммония и сульфат-анион

Ответ :

1. Ca(H ₂ PO ₄ ) ₂ : дигидрофосфат кальция является одним из ингредиентов разрыхлителя.
2. NaHCO ₃ : бикарбонат натрия содержится в антацидах и разрыхлителях; в чистом виде он продается как пищевая сода.
3. (NH ₄ ) ₂ SO ₄ : сульфат аммония является распространенным источником азота в удобрениях.

Резюме

• Существует два принципиально разных типа химических связей (ковалентная и ионная), которые придают веществам очень разные свойства.
• Состав соединения представлен эмпирической или молекулярной формулой, каждая из которых состоит как минимум из одной формульной единицы.Авторы

Атомы в химических соединениях удерживаются вместе притягивающими электростатическими взаимодействиями, известными как химические связи. Ионные соединения содержат положительно и отрицательно заряженные ионы в соотношении, при котором общий заряд равен нулю. Ионы удерживаются вместе в регулярном пространственном расположении электростатическими силами. Большинство ковалентных соединений состоят из молекул, групп атомов, в которых одна или несколько пар электронов являются общими по крайней мере для двух атомов, образуя ковалентную связь. Атомы в молекулах удерживаются вместе за счет электростатического притяжения между положительно заряженными ядрами связанных атомов и отрицательно заряженными электронами, общими для ядер. Молекулярная формула ковалентного соединения указывает типы и количество присутствующих атомов. Соединения, которые содержат преимущественно углерод и водород, называются органическими соединениями, тогда как соединения, которые состоят в основном из элементов, отличных от углерода и водорода, являются неорганическими соединениями. Двухатомные молекулы содержат два атома, а многоатомные молекулы содержат более двух.Структурная формула указывает состав и приблизительную структуру и форму молекулы. Одинарные связи, двойные связи и тройные связи представляют собой ковалентные связи, в которых одна, две и три пары электронов соответственно являются общими для двух связанных атомов. Атомы или группы атомов, обладающие суммарным электрическим зарядом, называются ионами; они могут иметь как положительный заряд (катионы), так и отрицательный заряд (анионы). Ионы могут состоять из одного атома (одноатомные ионы) или нескольких (многоатомные ионы). Заряды одноатомных ионов большинства элементов основной группы можно предсказать по положению элемента в периодической таблице.Ионные соединения обычно образуют твердые кристаллические вещества с высокими температурами плавления. Ковалентные молекулярные соединения, напротив, состоят из отдельных молекул, удерживаемых вместе слабыми межмолекулярными силами, и могут быть газами, жидкостями или твердыми телами при комнатной температуре и давлении.

Эмпирическая формула дает относительные числа атомов элементов в соединении, приведенные к наименьшим целым числам. Формульная единица — это абсолютная группировка, представленная эмпирической формулой соединения, ионного или ковалентного.Эмпирические формулы особенно полезны для описания состава ионных соединений, не содержащих легко идентифицируемых молекул. Некоторые ионные соединения встречаются в виде гидратов, которые содержат определенное соотношение слабо связанных молекул воды, называемых гидратными водами.

Квантово-химические расчеты для более чем 200 000 видов органических радикалов и 40 000 связанных молекул с замкнутой оболочкой

От стабильных Sb- и Bi-центрированных радикалов к соединению с двойной связью Ga=Sb

Общие методы

Манипуляции проводили в сухой бескислородной атмосфере аргона с реагентами, растворенными или суспендированными в апротонных растворителях и комбинированные или изолированные с использованием методов канюли и перчаточного ящика. 1 – 4 синтезированы реакциями LGa с Cp*SbCl ₂ или Cp*BiI ₂ в различных мольных соотношениях, а 5 эквимолярной реакцией 1 0 20 9 9 0 соответственно , в растворе толуола и выделяют низкотемпературной кристаллизацией. 1 – 5 охарактеризованы методами элементного анализа, многоядерного ЯМР (диамагнитные соединения 2 , 3 , 5 ) и ЭПР-спектроскопии (парамагнитные соединения 1 ,6 ). Спектры ЭПР с разверткой поля X и Q были измерены как для твердых веществ в атмосфере N ₂ , так и для замороженных растворов в гексане ( 1 ) и толуоле ( 4 ). Магнитные моменты для 1 и 4 определяли методом Эванса (фаза растворения) и с помощью СКВИД-сусцептометра ( 4 , твердотельный) с полем 1.0   T в диапазоне температур 2–300   K. DFT, реализованный в программном пакете ab initio для квантовой химии ORCA, использовался для расчета геометрии молекул, орбитальных энергий и составов. Дополнительная информация о синтетических, спектроскопических, кристаллографических и вычислительных методах приведена в дополнительных методах.

Синтез [L(Cl)Ga]