נוסחאות כימיות ושפת הכימאים
הדרך לתאר את עולם המולקולות בשפה אוניברסלית
שפה בינלאומית
למה צריך שפה משותפת?
דמיינו שכימאי ביפן רוצה לספר לכימאית בברזיל על התגובה שהוא גילה. הוא לא דובר פורטוגזית, והיא לא דוברת יפנית. אבל שניהם מבינים את הנוסחה:
2H2 + O2 → 2H2O
זו בדיוק הסיבה שנוסחאות כימיות כתובות באותיות לטיניות ומספרים - זו שפה אוניברסלית שכל כימאי בעולם מבין, לא משנה באיזו מדינה הוא נולד.
סימול יסודות
כל יסוד מסומל באות אחת או שתיים מהאלפבית הלטיני. האות הראשונה תמיד גדולה, והשנייה (אם יש) קטנה.
סימולים נפוצים
אות אחת
H - מימן
C - פחמן
N - חנקן
O - חמצן
S - גופרית
F - פלואור
שתי אותיות
Na - נתרן
Cl - כלור
Ca - סידן
Mg - מגנזיום
Fe - ברזל
He - הליום
מקור השם
Na - מלטינית Natrium
Fe - מלטינית Ferrum
Au - מלטינית Aurum (זהב)
Ag - מלטינית Argentum (כסף)
טעות נפוצה - אותיות גדולות וקטנות
האות הראשונה תמיד גדולה, השנייה תמיד קטנה. זה חשוב!
- Co = קובלט (יסוד אחד), אבל CO = פחמן + חמצן (שני יסודות!)
- Na = נתרן (יסוד אחד), אבל NA = חנקן + לא קיים (שגיאה!)
- He = הליום, אבל HE = מימן + לא קיים (שגיאה!)
- תמיד בדקו: האם מדובר ביסוד אחד בן שתי אותיות, או בשני יסודות נפרדים?
נוסחאות מולקולריות
נוסחה מולקולרית מראה אילו אטומים נמצאים במולקולה וכמה מכל סוג. המספר הקטן (אינדקס) מופיע למטה מימין לסמל היסוד ומציין כמה אטומים מאותו סוג יש במולקולה.
קריאת נוסחאות מולקולריות
| נוסחה | שם | אטומים | פירוט |
|---|---|---|---|
| H2 | מימן | 2 H | 2 אטומי מימן |
| O2 | חמצן | 2 O | 2 אטומי חמצן |
| H2O | מים | 2 H + 1 O | 2 אטומי מימן ואטום חמצן אחד |
| CO2 | פחמן דו-חמצני | 1 C + 2 O | אטום פחמן אחד ו-2 אטומי חמצן |
| NH3 | אמוניה | 1 N + 3 H | אטום חנקן אחד ו-3 אטומי מימן |
| CH4 | מתאן | 1 C + 4 H | אטום פחמן אחד ו-4 אטומי מימן |
| NaCl | נתרן כלורי (מלח) | 1 Na + 1 Cl | יון נתרן אחד ויון כלור אחד |
* כשאין מספר קטן ליד סמל היסוד, הכוונה לאטום אחד
מקדם מול אינדקס - ההבדל החשוב
מקדם מול אינדקס
מקדם (מספר גדול לפני הנוסחה)
כופל את כל המולקולה.
מציין כמה מולקולות יש.
מותר לשנות בעת איזון.
2H2O = 2 מולקולות מים
דוגמה: 3CO2 = 3 מולקולות פחמן דו-חמצני = 3C + 6O
אינדקס (מספר קטן למטה)
שייך ליסוד אחד בלבד.
מציין כמה אטומים מאותו יסוד.
אסור לשנות - זה משנה את המולקולה!
H2O = 2 אטומי מימן במולקולה
דוגמה: H2O2 = 2H + 2O (מי חמצן, לא מים!)
זכרו: מקדם כופל הכול, אינדקס שייך ליסוד אחד
דוגמה מפורטת: מה ההבדל בין 2H2O ל-H2O2?
2H2O - שתי מולקולות מים:
- מקדם 2 = שתי מולקולות
- כל מולקולה: 2H + 1O
- סך הכול: 4H + 2O
- זה מים רגילים - שותים אותם!
H2O2 - מולקולה אחת של מי חמצן:
- אין מקדם (= מולקולה אחת)
- אינדקסים: 2H + 2O
- סך הכול: 2H + 2O
- זה מי חמצן - חומר חיטוי! לא לשתות!
אותם יסודות, כמויות שונות = חומרים שונים לחלוטין.
נוסחאות כימיות חשובות בחיי היום-יום
H2O - מים
המולקולה הכי חשובה לחיים. 2 מימן + 1 חמצן.
CO2 - פחמן דו-חמצני
גז שאנחנו נושפים. מעורב בהתחממות הגלובלית.
O2 - חמצן
הגז שאנחנו נושמים. 21% מהאוויר.
NaCl - מלח
מלח שולחן. נתרן + כלור. תרכובת יונית.
C6H12O6 - גלוקוז
סוכר - מקור האנרגיה של הגוף. 24 אטומים!
CH4 - מתאן
גז בישול. בוער ומשחרר אנרגיה.
ייצוג תהליך כימי
תהליך כימי הוא שינוי שבו חומרים ישנים (מגיבים) הופכים לחומרים חדשים (תוצרים). אנחנו מייצגים את זה כך:
מגיבים ← תוצרים
החץ מציין את כיוון התהליך: מגיבים הופכים לתוצרים.
בעברית, המגיבים נמצאים מימין לחץ (כי קוראים מימין לשמאל) והתוצרים משמאל.
דוגמאות לייצוג תהליכים כימיים
יצירת מים
מימן + חמצן → מים
2H2 + O2 → 2H2O
שני מגיבים (מימן וחמצן) הופכים לתוצר אחד (מים).
בעירת מתאן
מתאן + חמצן ← פחמן דו-חמצני + מים
CH4 + 2O2 ← CO2 + 2H2O
הגז שנשרף בכיריים בבית.
חלודה
ברזל + חמצן ← תחמוצת ברזל
4Fe + 3O2 ← 2Fe2O3
ברזל שנחשף לאוויר ולמים מחליד.
פירוק מים
מים ← מימן + חמצן
2H2O ← 2H2 + O2
הפיכת תהליך יצירת המים (דורש אנרגיה).
←←
שאלה לחשיבה
הנוסחה C6H12O6 מייצגת מולקולת גלוקוז. כמה אטומים בסך הכול נמצאים במולקולה אחת של גלוקוז?
6 + 12 + 6 = 24 אטומים. 6 אטומי פחמן, 12 אטומי מימן ו-6 אטומי חמצן.
שאלה לחשיבה
כמה אטומי חמצן יש בסך הכול בביטוי 3Ca(OH)2?
בכל מולקולת Ca(OH)2 יש 2 קבוצות OH, כלומר 2 אטומי חמצן. 3 מולקולות כפול 2 = 6 אטומי חמצן בסך הכול. שימו לב: הסוגריים אומרים שהאינדקס 2 מכפיל את כל הקבוצה OH.
שאלה לחשיבה
תלמיד כתב שהנוסחה של מים היא HO2 במקום H2O. מה הבעיה?
HO2 אומרת אטום מימן אחד ו-2 אטומי חמצן - זו לא מולקולת מים! במים יש 2 מימן ו-1 חמצן, כלומר H2O. המיקום של המספר הקטן (האינדקס) חשוב - הוא תמיד שייך ליסוד שלפניו. בנוסף, HO2 היא מולקולה אמיתית שנקראת רדיקל הידרופרוקסיל - חומר מסוכן!
כלל חשוב
אל תבלבלו בין מקדם (מספר גדול לפני הנוסחה) לאינדקס (מספר קטן למטה):
- 2H2O = 2 מולקולות מים (המקדם 2 אומר: שתי מולקולות)
- H2O = מולקולה אחת עם 2 אטומי מימן (האינדקס 2 אומר: שני אטומים)
- מקדם כופל את כל המולקולה, אינדקס שייך ליסוד אחד בלבד
לפני שנות ה-1800, כימאים השתמשו בסימנים שונים ומוזרים לייצג יסודות - עיגולים, משולשים, וסמלים אלכימיים עתיקים. כל כימאי השתמש בסימנים אחרים!
ב-1813, הכימאי השוודי ינס יעקב ברצליוס הציע את השיטה שאנחנו משתמשים בה עד היום: לסמן כל יסוד באות אחת או שתיים מהאלפבית הלטיני. רעיון פשוט, אבל מהפכני - פתאום כימאים מכל העולם יכלו להבין אחד את השני!
בתור הומור כימאי: ברצליוס בחר Na לנתרן (מלטינית Natrium) ו-K לאשלגן (מלטינית Kalium) - ולכן עד היום תלמידים מתבלבלים בין הסימולים לשמות!
מה הלאה?
עכשיו שאנחנו יודעים לקרוא ולכתוב נוסחאות כימיות, בשיעור הבא נלמד לאזן משוואות כימיות - לוודא שמספר האטומים זהה בשני הצדדים, בהתאם לחוק שימור המסה.