Биология. В 3-х томах. Т. 1

Число передаваемых электронов (которые теряются или приобретаются) характеризует валентность атома, т. е. его способность к образованию химических связей. Из сказанного выше видно, что натрий и хлор одновалентны, а кальций — двухвалентен. Таким образом, число, стоящее в символе иона перед знаком "плюс" или "минус", указывает его валентность; например, валентность иона калия и иона гидроксила (К⁺ и ОН^-) равна 1, валентность иона магния и сульфат — иона (Mg2+ и SO₄^2-) равна 2, а валентность иона алюминия (А1³⁺) равна 3.

Ионные формулы

Ионные соединения существуют не в молекулярной, а в ионной форме. Ионная формула показывает соотношение, в котором элементы входят в данное соединение; например, ионная формула оксида алюминия, А1₂О₃, означает, что ионы А1³⁺ и О^2- входят в это соединение в соотношении 2:3. Если ион состоит из нескольких атомов, как, например, сульфат-ион (SO₄^2-), и если таких ионов в соединении несколько, то в ионной формуле используются скобки, например A1₂(SО₄)₃; в ионной формуле Na₂SО₄ скобки не нужны, поскольку в этом соединении присутствует только один сульфат-ион.

П.1.1.3. Ковалентные связи

При возникновении связей этого типа атомы, участвующие в их образовании, не отдают и не принимают электронов; вместо этого электроны оказываются поделенными (обобществленными) между двумя атомами. Представим себе два атома хлора. У каждого из них во внешней электронной оболочке имеется семь электронов (электронная конфигурация 2. 8. 7). При ковалентном связывании каждый из двух атомов хлора привносит в обобществленную пару электронов по одному электрону: образуется молекула хлора — С1₂. Таким путем оба атома приобретают электронную конфигурацию, приближающуюся к конфигурации благородного газа, и вместо ионов образуются молекулы (рис. П.1.2, В). Поделенную пару электронов принято обозначать как одинарную связь: С-С. Хлор одновалентен (т. е. обобществляет один из своих электронов). Другой пример — метан, СН₄. Атомный номер углерода 6 и в его внешней электронной оболочке имеются 4 электрона (2. 4); водород (атомный номер — 1) имеет во внешней электронной оболочке только один электрон (рис. П.1.2, Г).

В молекуле этена (этилена), С₂Н₄, между углеродными атомами поделены две пары электронов и эти две пары представлены двойной связью (рис. П.1.2, Д). В некоторых соединениях, в частности в этине (ацетилене), С₂Н₂, имеется тройная связь, указывающая на три пары обобществленных электронов.

Ковалентные соединения встречаются в биологических системах гораздо чаще, чем ионные.

В табл. П.1.3 указаны валентности некоторых широко распространенных элементов и заряды часто встречающихся ионов.

Таблица П.1.3. Валентность некоторых элементов и заряды некоторых ионов. А. Валентность некоторых элементов

Таблица П.1.3. Валентность некоторых элементов и заряды некоторых ионов. Б. Заряды некоторых ионов, состоящих из одного элемента

Таблица П.1.3. Валентность некоторых элементов и заряды некоторых ионов. В. Заряды некоторых ионов, состоящих из нескольких элементов

Формулы ковалентных соединений

Формулы простых ковалентных соединений указывают число атомов каждого типа, присутствующих в данной молекуле; так, формула СО₂ (диоксида углерода) показывает, что в этой молекуле один атом углерода соединен с двумя атомами кислорода.

П.1.1.4. Химические уравнения

В химическом уравнении не только формулы всех веществ, участвующих в реакции, должны быть записаны правильно, но уравнение должно быть еще и сбалансировано, т. е. на правой и на левой его стороне число атомов каждого элемента должно быть одинаковым.

1. Запишите уравнение словами, например: Метан + Кислород → Диоксид углерода + Вода

2. Замените слова формулами этих соединений: СН₄ + О₂ → СО₂ + Н₂О.

3. Проверьте, сбалансировано ли уравнение. Уравнение в п. 2 не сбалансировано, поскольку на правой стороне указано три атома кислорода, а на левой — только два; атомы водорода также не сбалансированы: четыре стоят слева и два — справа.

4. Сбалансируйте уравнение, проставив для этого перед соответствующими формулами требуемые цифры (напомним, что сами формулы менять нельзя): СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О. (2О₂ означает две молекулы кислорода (4 атома кислорода); 2Н₂О означает две молекулы воды (4 атома водорода, 2 атома кислорода).)

Ионные уравнения

Реакции с участием ионных соединений могут описываться просто ионными уравнениями. Рассмотрим следующую реакцию:

(Все три соединения — в водном растворе.) Уравнение можно записать таким образом, чтобы показать все присутствующие в системе ионы:

Исключив все ионы, показанные и слева, и справа (не участвующие в реакции), получим ионное уравнение:

Только эта реакция в данном случае и имела место.

П.1.1.5. Кислоты, основания, соли, рН и буферы