úvod
Z 26 písmen abecedy poskladáš všetky slová v slovníku. Rovnako z niečo vyše sto prvkov vzniká obrovské množstvo látok. Atómy sú v tomto prirovnaní písmená, molekuly slová a chemický vzorec je zápis slova. Z vzorca H₂O vyčítaš, že molekula vody má dva atómy vodíka a jeden atóm kyslíka. Lekcia Častice látok: atómy, molekuly a ióny predstavila tri druhy častíc. Teraz sa pozrieš bližšie na molekuly a naučíš sa čítať vzorce.
teória
Prvky a zlúčeniny
Pripomeň si dva pojmy z lekcie Čisté látky a zmesi. Prvok je látka zložená z atómov s rovnakým protónovým číslom, napríklad kyslík alebo železo. Zlúčenina je látka zložená z atómov dvoch alebo viacerých prvkov, ktoré sú navzájom chemicky viazané, napríklad voda alebo kuchynská soľ. Molekuly môžu tvoriť prvky aj zlúčeniny.
teória
Molekuly prvkov
Niektoré prvky tvoria molekuly zložené z rovnakých atómov. Vodík, kyslík, dusík, fluór, chlór, bróm a jód tvoria dvojatómové molekuly: H₂, O₂, N₂, F₂, Cl₂, Br₂ a I₂. Plyn kyslík, ktorý dýchaš, sú molekuly O₂. Molekula môže mať aj viac atómov toho istého prvku: ozón O₃ má tri atómy kyslíka, žltá síra je z kruhových molekúl S₈ a biely fosfor zo štvoratómových molekúl P₄. Ako ozón chráni Zem pred ultrafialovým žiarením, vysvetľuje lekcia Ozón.
Výnimkou sú vzácne plyny. Hélium, neón či argón netvoria molekuly, ich častice sú samostatné atómy. Majú tak stály elektrónový obal, že sa nemusia s ničím spájať.
teória
Molekuly zlúčenín
Molekuly zlúčenín obsahujú atómy dvoch alebo viacerých prvkov. Voda H₂O, oxid uhličitý CO₂, amoniak NH₃ a metán CH₄ sú malé molekuly s niekoľkými atómami. Cukor glukóza C₆H₁₂O₆ má 24 atómov a molekuly bielkovín či DNA majú tisíce až milióny atómov.
teória
Látky, ktoré netvoria molekuly
Nie každá látka je zložená z molekúl. Kovy tvoria kryštál, v ktorom sú katióny kovu a medzi nimi voľne pohyblivé elektróny. Vzorec Fe teda neznamená molekulu, ale látku železo. Soli, napríklad kuchynská soľ, sú kryštály z iónov. V tuhom chloride sodnom nie sú molekuly NaCl, ale pravidelne striedajúce sa ióny Na⁺ a Cl⁻. Vzorec NaCl udáva len to, že je ich rovnako veľa. Ako taký kryštál drží pokope, vysvetlia lekcie Iónová väzba a Kryštály a vlastnosti látok.
vyskúšaj si
Molekula prvku alebo zlúčeniny?
Sú v molekule atómy jedného prvku, alebo viacerých prvkov? A tvorí látka vôbec molekuly? Vzácne plyny sú samostatné atómy, kovy a soli molekuly netvoria.
0 / 0teória
Čo prezradí chemický vzorec
Chemický vzorec má dva významy:
- kvalitatívny: z akých prvkov je látka zložená. Vzorec CO₂ hovorí, že oxid uhličitý obsahuje uhlík a kyslík,
- kvantitatívny: koľko atómov každého prvku je v molekule. V molekule CO₂ je jeden atóm uhlíka a dva atómy kyslíka.
Malé číslo vpravo dole za značkou sa volá index a udáva počet atómov v molekule. Index 1 sa nepíše. Veľké číslo pred vzorcom sa volá koeficient (stechiometrický koeficient) a udáva počet molekúl alebo atómov. Porovnaj:
| zápis | čo znamená | koľko atómov vodíka |
|---|---|---|
| H | jeden atóm vodíka | 1 |
| 2 H | dva samostatné atómy vodíka | 2 |
| H₂ | jedna molekula vodíka z dvoch atómov | 2 |
| 2 H₂ | dve molekuly vodíka | 4 |
Pri počítaní atómov vynásob index koeficientom. Zátvorka znamená, že index za ňou platí pre všetko v zátvorke:
- H₂SO₄: 2 atómy vodíka, 1 atóm síry a 4 atómy kyslíka, spolu 7 atómov,
- 3 H₂O: tri molekuly vody, teda 3 · 2 = 6 atómov vodíka a 3 atómy kyslíka, spolu 9 atómov,
- 2 Ca(OH)₂: 2 atómy vápnika, 2 · 2 = 4 atómy kyslíka a 4 atómy vodíka, spolu 10 atómov.
Koeficienty uvidíš najmä v chemických rovniciach, ako 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O v lekcii Chemická reakcia a rovnica. Ako vodík a kyslík naozaj reagujú, ukazuje pokus Zmes vodíka a kyslíka. Z prvkov vznikajú zlúčeniny aj v pokuse Reakcia síry so zinkom.
Pozor na rozdiel medzi indexom a koeficientom. Index meniť nesmieš: H₂O je voda, H₂O₂ je peroxid vodíka, úplne iná látka, ktorou sa bieli a dezinfikuje. Koeficient len hovorí, koľko molekúl máme. Pri vzorci si vždy povedz nahlas, čo znamená: „CO₂ je jedna molekula oxidu uhličitého, v nej jeden atóm uhlíka a dva atómy kyslíka.“ Ako sa vzorce zlúčenín tvoria a pomenúvajú, ukazuje lekcia Oxidačné číslo.
Druhy chemických vzorcov
Chemici používajú päť druhov vzorcov, každý prezradí niečo iné:
- stechiometrický (empirický) vzorec udáva najjednoduchší pomer atómov v zlúčenine, napríklad HO pre peroxid vodíka,
- molekulový (sumárny) vzorec udáva skutočný počet atómov v molekule, napríklad H₂O₂,
- štruktúrny (konštitučný) vzorec ukazuje, ktoré atómy sú spojené a akými väzbami, napríklad H−O−O−H,
- elektrónový štruktúrny vzorec (Lewisov vzorec) ukazuje navyše voľné elektrónové páry, ako uvidíš v lekcii Prečo sa atómy viažu: valenčné elektróny,
- geometrický (priestorový) vzorec ukazuje rozmiestnenie atómov v priestore a uhly väzieb.
| látka | stechiometrický | molekulový | štruktúrny | voľné páry na centrálnom atóme | tvar molekuly |
|---|---|---|---|---|---|
| voda | H₂O | H₂O | H−O−H | 2 na O | lomená, 104,5° |
| peroxid vodíka | HO | H₂O₂ | H−O−O−H | 2 na každom O | nerovinná, „otvorená kniha“ |
| amoniak | NH₃ | NH₃ | N viazaný s tromi H | 1 na N | trigonálna pyramída |
| sulfán | H₂S | H₂S | H−S−H | 2 na S | lomená, asi 92° |
Stechiometrický a molekulový vzorec sa líšia len vtedy, keď sa dajú indexy v molekulovom vzorci vydeliť spoločným číslom. Pri vode sú rovnaké. Pri látkach, ktoré netvoria molekuly, ako NaCl, má zmysel len stechiometrický vzorec. Jeho najmenšia časť sa volá vzorcová jednotka. Súčet relatívnych atómových hmotností atómov vo vzorci je relatívna molekulová hmotnosť Mr, ktorú počítaš v lekcii Molárna hmotnosť. Ako sa zo zloženia látky zistí jej stechiometrický vzorec, ukazuje lekcia Výpočty zo vzorca a ako sa kreslia vzorce organických látok, lekcia Vzorce a modely molekúl.
rozšírenie Rovnaký pomer, iná látka
Formaldehyd CH₂O je štipľavý plyn, ktorý sa používa na výrobu lepidiel a kedysi na uchovávanie preparátov. Kyselina octová C₂H₄O₂ dáva kyslú chuť octu. Glukóza C₆H₁₂O₆ je sladký hroznový cukor. Tri úplne odlišné látky, a predsa majú rovnaký stechiometrický vzorec CH₂O: vo všetkých troch je pomer atómov uhlíka, vodíka a kyslíka 1 : 2 : 1. Podľa pomeru prvkov sa tieto látky nedajú rozlíšiť, preto chemici potrebujú aj molekulový vzorec a ďalšie údaje, napríklad molárnu hmotnosť: formaldehyd 30 g/mol, kyselina octová 60 g/mol, glukóza 180 g/mol. Z pomeru prvkov a molárnej hmotnosti sa molekulový vzorec dá vypočítať.
Ešte ďalej ide izoméria. Etanol CH₃−CH₂−OH a dimetyléter CH₃−O−CH₃ majú rovnaký molekulový vzorec C₂H₆O, no etanol je kvapalina a dimetyléter plyn. Líšia sa štruktúrnym vzorcom, teda tým, ako sú atómy pospájané. Viac v lekcii Izoméria.
teória
Časté chyby
- „2 H a H₂ je to isté.“ 2 H sú dva samostatné atómy vodíka, H₂ je jedna molekula, v ktorej sú dva atómy spojené väzbou. Plynný vodík tvoria molekuly H₂.
- „Tuhý chlorid sodný je z molekúl NaCl.“ Kryštál soli tvoria ióny Na⁺ a Cl⁻. Vzorec NaCl udáva len ich pomer 1 : 1.
- „Molekula je vždy zlúčenina.“ Molekuly tvoria aj prvky, napríklad O₂, N₂ alebo O₃. Rozhoduje, či sú v molekule atómy jedného prvku, alebo viacerých.
- „Index za zátvorkou platí len pre posledný atóm.“ V Ca(OH)₂ platí index 2 pre celú skupinu OH: sú tam dva atómy kyslíka a dva atómy vodíka.
- „Koeficient sa dá zmeniť aj vnútri vzorca.“ Index je súčasť vzorca látky. Ak ho zmeníš, dostaneš inú látku: H₂O je voda, H₂O₂ peroxid vodíka.
Ako vznikajú väzby, ktoré držia atómy v molekule pokope, zistíš v ďalšej lekcii Prečo sa atómy viažu: valenčné elektróny.