Важнейшей характеристикой вещества является его состав: качественный и количественный. Качественный состав – это перечень всех образующих вещество химических элементов.

Количественный состав – это число атомов каждого элемента в составе мельчайшей частицы вещества – его молекулы.

Одним из основных законов химии является закон постоянства состава, который утверждает, что многие вещества, независимо от нахождения в природе или способа получения их в лаборатории, всегда имеют один и тот же состав.

В приборе для электролиза воды пропустим через воду электрический ток. 

Под его действием молекулы воды разрушаются. Продукты протекающей химической реакции – два бесцветных газообразных вещества собираются в трубках прибора. Трубки прибора градуированы, и это позволяет определить, что объёмы газов относятся как 2:1. Если поднести тлеющую лучинку к трубке, содержащей меньший объём газа, и открыть кран, то лучинка ярко вспыхнет: один из неизвестных газов оказывается кислородом. При проверке другого газа горящей лучинкой раздается негромкий хлопок. Так сгорает водород. Следовательно, при разложении воды электрическим током образовались два газообразных вещества: водород и кислород, объемные отношения которых выражаются как 2:1.

Известно, что 1 литр водорода имеет массу, равную 0,089 г, а 1 литр кислорода – 1,429 г. Найдем соотношение масс образовавшихся в проведенном опыте веществ и получим соотношение 2:16. Известно, что масса атома кислорода равна 16, а масса атома водорода – 1. Следовательно, в молекуле воды на два атома водорода приходится один атом кислорода.

Эти расчеты подтверждают закон постоянства качественного и количественного состава вещества.

Если мы захотим описать качественный и количественный состав молекулы воды, то нам нужно сделать такую запись: 2 атома водорода, 1 атом кислорода. Эта запись не слишком удобна, ее лучше сделать при помощи химических знаков Н и О. Число атомов покажем при помощи индексов – чисел, которые записываются справа и снизу от химического знака, при этом число 1 не пишем. У нас получилась такая запись – Н2О. Данная запись и есть химическая формула.

Химическая формула– это условная запись состава вещества посредством химических знаков и индексов.

При прочтении химической формулы произносится обозначение и индексы.

Например, формула серной кислоты читается как H2SO4 и обозначает, что молекула серной кислоты состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода.

Формула углекислого газа – CO2, обозначает, что его молекула состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода.

Формула хлорида натрия NaClчитается так: натрий хлор. Хлорид натрия – это вещество немолекулярного строения и в нем на один атом натрия приходится один атом хлора.

Чтобы получить вещество, которое называется сульфид железа, нужно смешать железо и серу в массовых отношениях 7:4. Если порошки железа и серы смешать в других массовых соотношениях, например 10 г железа смешать с 4 г серы, то реакция произойдет, но 3 г железа в реакцию не вступят.

Зная массы атомов железа (56) и серы (32), можно найти отношения чисел атомов этих элементов в сульфиде железа.

Для расчетов можно воспользоваться пропорцией: 7 массовых частей железа соединяются с 4 массовыми частями серы, а 56 массовых частей железа – с неизвестным числом массовых частей серы. 56 умножаем на 4 и делим результат на 7, получаем 32. Так как масса атома железа равна 56, а масса атома серы – 32, то в сульфиде железа на один атом железа приходится один атом серы.

Следовательно, химическая формула будет следующей – FeS.

Запись СО2 имеет сразу два смысла: вещество углекислый газ и одна молекула углекислого газа. Иногда требуется сделать запись, обозначающую другое число молекул, тогда используют коэффициенты.

Коэффициент – это число, которое записывается перед формулой и обозначающее количество молекул, отдельных атомов или других частиц. Коэффициент 1, как и индекс 1, не записывается.

Например, запись 5H2O обозначает пять молекул воды. Если нужно сделать выводы об общем количестве атомов, необходимо помнить, что коэффициент относится ко всей молекуле и в пяти молекулах воды содержится 10 атомов водорода и 5 атомов кислорода.

Запись 10Cu обозначает 10 отдельных атомов меди, а запись 7O2 – 7 молекул простого вещества кислорода, содержащих 14 атомов кислорода.

Таким образом, качественный и количественный состав веществ можно описать при помощи химических формул посредством химических знаков и индексов. Число молекул, отдельных атомов или других частиц можно указать при помощи коэффициентов.