כימיה לבגרות/כימיה - 3 יחידות/שפת הכימיה

אטום, מולקולה, ונוסחאות

אטום

את האטום הכרנו בפרק הקודם. נזכיר את סימול האטום הבודד: (כלומר כאשר אנחנו מתייחסים לאטום עצמו ולא לסביבה שבה הוא נמצא)

$_{p}^{m}X^{e}$

• m - המסה האטומית
• p - המספרי האטומי
• X - הסמל של האטום
• e - המטען של האטום

הסמל X משתנה מיסוד ליסוד, כאשר לכל יסוד יש סימן קבוע של בין אות אחת לשלוש אותיות (הראשונה היא אות גדולה והשאר קטנות), האותיות מייצגות בדרך כלל את השם הלטיני של היסוד. למשל Cl הוא הסמל של כלור, ו-Ag הוא הסמל של כסף.

השימוש שלנו באטומים בודדים הוא מועט מאוד. אבל כמעט בכל השימושים אנחנו מתייחסים לאטום כחלק ממשהו גדול יותר. במקרים כאלו כמעט ולא נתייחס למסה האטומית ולמספר האטומי של האטום, ובמקרים בודדים נתייחס למטען של האטום ולא של היחידה כולה. יוצאי דופן בנושא זה הם הגזים האצילים, עליהם תלמדו בפרק הבא, שגם בטבע הם מופיעים כגזים חד אטומיים.

מולקולה

מולקולה היא השם של מספר אטומים המחוברים ביניהם (בכל מיני צורות שעוד תלמדו עליהן) ומקיימים תכונות מסויימות.

המולקולה היא יחדת החומר הקטנה ביותר שבעלת תכונות חומר כמו שאנחנו מכירים אותם. לכל חומר שאנחנו מכירים יש את המולקולה שלו שמקיימת את התכונות בין אם היא לבד ובין אם היא בצבר (כלומר, הרבה מולקולות ביחד). להרבה חומרים יש מספר מולקולות שונות שביחד יוצרות את תוכנות החומר המסויים, חומרים אלו נבדלים בסדר וביחס הכמותי בין המולקולות השונות.

למשל: כל המים בעולם הם בעלי אותה נוסחה מולקולרית $H_{2}O$, שמייצגת אטום חמצן אחד ושני אטומי מימן, כמו שתלמדו בהמשך. לעומת זאת סוכר הוא מולקולה אחרת. מיץ וקרמל הם תערובות של שתי המולקולות האלו. ההבדל בין מיץ וקרמל הוא היחס בין הסוכר למים, ועוד מולקולות שונות שנמצאות באחד ולא באחר.

נוסחה אמפירית

נוסחה אמפירית היא נוסחת למולקולה שאומרת לנו את היחסים בין כמויות האטומים השונות. אנחנו משתמשים בנוסחה אמפירית כאשר הנתונים שלנו לא מראים לנו את כמות האטומים שיש לנו במולקולה, אלא את יחס הכמויות בין היסודות השונים. לרוב הנתונים ינתנו על פי יחסי מסה בין האטומים, ואז תצרכו לחשב את הכמות היסחית על פי המסה האטומית של כל יסוד וככה לגלות את הנוסחה האמפירית.

בנוסחה האמפירית אנחנו מציינים בצדו הימיני התחתון של היסוד את כמותו היחסית. (ראה את הנוסחה למים קודם)

תרגיל 1: מהי הנוסחה האמפירית של 6 אטומי פחמן, 12 אטומי מימן, ואטום חמצן אחד
$C_{6}H_{12}O$

דוגמא 1: אם גילינו יחס של 1:1:4 בין היסודות מימן (H), חמצן (O) ופחמן (C) בהתאמה, מהי הנוסחה האמפירית?

תשובה: $COH_{4}$. המולקולה עצמה יכולה להכיל 20 אטומי פחמן, אבל אז היא תכיל 20 אטומי חמצן ו80 אטומי מימן.

דוגמא 2: קבע את הנוסחה האמפירית של תרכובת יונית בעלת הרכב המסות באחוזים הבא: פחמן – 68.2% , מימן – 6.86% , חנקן – 15.9% , חמצן – 9.08% (מסות אטומיות: פחמן - 12, מימן - 1, חנקן - 14, חמצן - 16, הסמל של חנקן הוא N)

תשובה: קודם כל נצטרך לחשב את היחס בין האטומים, נשתמך לשם כך בנוסחה הבאה: $\%={\frac {m_{x}}{M}}\cdot 100$

• % - האחוז בהרכב המסה
• m_x - המסה הכוללת של היסוד במולקולה
• M - המסה של כלל המולקולה
• 100 - מעביר לאחוז

את הגודל m_x נחליף במשתנה a שהוא כמות האטומים כפול המסה האטומית של היסוד. בהצה ישארו לנו ארבע משוואות עם חמישה נעלמים (a, b, c, d, M) מה שיתן לנו את היחס בין האטומים. אם יוצא לנו מספר לא עגול, נכפיל את כל המשתנים (a-d) עד שיצא עגול (הרי לא יכול להיות חצי אטום במולקולה!) נעשה את שתי המשוואות הראשונות ואת השאר תפתרו לבד.

• $(C)68.2\%={\frac {a\cdot 12}{M}}\cdot 100$
• $(H)6.86\%={\frac {b\cdot 1}{M}}\cdot 100$

תרגיל 2: קבע את הנוסחה האמפירית של תרכובת יונית בעלת הרכב המסות באחוזים הבא: פחמן – 68.2% , מימן – 6.86% , חנקן – 15.9% , חמצן – 9.08%
$C_{10}H_{12}N_{2}O$

נוסחה מולקולרית

נוסחה מולקולרית היא כמו נוסחה אמפירית, רק שיש בה את הכמויות המדוייקות של האטומים במולקולה. למשל, בנוסחה האמפירית אין הבדל בין מולקולה עם שני אטומי פחמן ושישה אטומי מימן לבין מולקולה עם אטום פחמן אחד ושלושה אטומי מימן, שניהם יראו $C_{1}H_{3}$.

לעומת זאת בנוסחה מולקולרית יהיה הבדל הראשון יראה ככה: $C_{2}H_{6}$, והשני יראה כמו בנוסחה האמפירית לעיל.

תרגיל 3: קבע את הנוסחה האמפירית ואת הנוסחה המולקולרית של מולקולה עם 4 אטומי פחמן ו-12 אטומי מימן
נוסחה אמפירית:$C_{1}H_{3}$ נוסחה מולקולרית:$C_{4}H_{12}$