Определить число формульных единиц в ячейке. «Химическая формула

Установить тип химической формулы по структурным данным (т. е. по модели структуры или по ее проекции - чертежу) можно и иным путем, подсчитав число атомов каждого сорта (химического элемента), приходящихся на одну элементарную ячейку . Например, в структуре флюорита CaF 2 все восемь ионов F - расположены внутри элементарной ячейки, т. е. принадлежат только этой ячейке. Расположение же ионов Са 2+ различно: часть из них локализована в восьми вершинах кубической ячейки структуры минерала, другая часть - в центрах всех шести ее граней. Поскольку каждый из восьми «вершинных» ионов Са 2+ принадлежит одновременно восьми соседним элементарным ячейкам - кубам, то лишь у часть каждого из них принадлежит исходной ячейке. Таким образом, вклад «вершинных» атомов Са в исходную ячейку будет равен 1 Са (1/8 х 8 = 1 Са). Каждый же из шести атомов Са, расположенных в центрах граней кубической ячейки, принадлежит одновременно двум соседним ячейкам. Отсюда вклад шести центрирующих грани куба атомов Са будет равен 1/2 х 6 = 3 Са. В итоге на одну элементарную ячейку будет приходиться 1 + 3 = 4 атома Са. Проведенный подсчет показывает, что на одну ячейку приходятся четыре атома Са и восемь атомов F. Это подтверждает тип химической формулы (АХ 2) минерала - CaF 2 , где атомов Са в два раза меньше, чем атомов F. К аналогичным результатам легко прийти, если сдвинуть начало координат элементарной ячейки так, чтобы все атомы оказались в пределах одной ячейки.Определение числа атомов в ячейке Браве позволяет кроме типа химической формулы получить еще одну полезную константу - число формульных единиц, обозначаемое буквой Z Для простых веществ, состоящих из атомов одного элемента (Си, Fe, Se и др.), число формульных единиц соответствует числу атомов в элементарной ячейке . Для простых молекулярных веществ (I 2 , S 8 и т. д.) и молекулярных соединений (СО 2 , реальгара As 4 S 4) число Z равно числу молекул в ячейке. В подавляющем же большинстве неорганических и интерметаллических соединений (NaCl, CaF 2 , CuAu и т. д.) молекул нет, и в этом случае вместо термина "количество молекул" используют термин «число формульных единиц». В нашем примере для флюорита 4, так как четыре атома Са и восемь F, приходящиеcя на одну ячейку Браве, составят четыре формульные единицы «CaF 2 ».Число формульных единиц можно определить экспериментально в процессе рентгеновского исследования вещества. Если в структуре нет таких микродефектов, как вакансии в положении атомов или замещения одних частиц другими, а также макродефектов (трещиноватости, включений, межблочных пустот), то в пределах ошибки опыта Z должно оказаться целым числом. Определив экспериментально Z и округлив его до целого числа, можно вычислить плотность идеального монокристалла, которую называют рентгеновской плотностью

4.1. Формулы пишутся отдельной строкой, выравниваются по центру. Выше и ниже каждой формулы должна быть оставлена одна свободная строка.

4.2. После формулы помещают перечень всех принятых в формуле символов с расшифровкой их значений и указанием размерности (если в этом есть необходимость). Буквенные обозначения дают в той же последовательности, в которой они приведены в формуле.

4.3. Формулы нумеруются сквозной нумерацией в пределах всей работы арабскими цифрами. Номер формулы указывают в круглых скобках в крайнем правом положении на строке. Одну формулу обозначают – (1).

4.4. В формулах в качестве символов физических величин следует применять обозначения, установленные соответствующими государственными стандартами (ГОСТ 8.417). Пояснения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, если они не пояснены ранее в тексте, должны быть приведены непосредственно под формулой и должны соответствовать типу и размеру шрифта, принятому при написании самой формулы. Пояснения каждого символа следует давать с новой строки в той последовательности, в которой символы приведены в формуле.

4.6. Первая строка пояснения должна начинаться с абзацного отступа со слова «где» без двоеточия после него. Знаки «–» (тире) располагаются на одной вертикальной линии.

Например,

R = ∑ pi (Yi + Z i + Wi) (5)

где R – величина экологического риска;

∑ – знак суммы;

pi – вероятность возникновения i-ого опасного фактора, воздействующего на окружающую среду, население;

Yi – ущерб от воздействия i-ого опасного фактора;

Z i – утрата или повреждение имущества лица;

W i – расходы, которые лицо произвело для восстановления права.

4.7. Знаки препинания перед формулой и после нее ставятся по смыслу. Формулы, следующие одна за другой и не разделенные текстом, разделяют запятой.

4.8. Если формула не помещается в строку, то часть ее переносят на другую строку только на математическом знаке основной строки, обязательно повторяя знак во второй строке. При переносе формулы на знаке умножения применяют знак «×». При написании формул не допускаются разрывные линии. В многострочной формуле номер формулы ставится против последней строки.

4.9. Условные буквенные обозначения, изображения или знаки должны соответствовать принятым в государственных стандартах (ГОСТ 8.417).

4.10. При необходимости применения условных обозначений, изображений или знаков, не установленных действующими стандартами, их следует пояснять в тексте или в перечне обозначений.

4.11. В тексте следует применять стандартизованные единицы физических величин, их наименования и обозначения в соответствии с ГОСТ 8.417.

4.12. Единица физической величины от числа указывается через пробел, включая проценты, например, 5 м, 99,4 %.

4.13. Интервалы величин в виде «от и до» записываются через тире без пробелов. Например, 8-11 % или с. 5-7 и т.д.

4.14. При приведении цифрового материаладолжны использоваться только арабские цифры, за исключением общепринятой нумерации кварталов, полугодий, которые обозначаются римскими цифрами. Количественные числительные в тексте даются без падежных окончаний.

Зная модель кристаллической структуры, т. е. пространственное рас­положение атомов относительно элементов симметрии в элементарной ячейке - их координаты, а, следовательно, и характеристики правильных систем точек, которые занимают атомы, можно сделать ряд кристаллохимических выводов, используя достаточно простые приемы описания струк­тур. Поскольку 14 выведенных решеток Браве не могут отразить все многообразие известных к настоящему времени кристаллических струк­тур, необходимы характеристики, позволяющие однозначно описать ин­дивидуальные особенности каждой кристаллической структуры. К таким характеристикам, дающим представление о геометрическом характере структуры, относятся: координационные числа (КЧ), координационные многогранники (КМ), или полиэдры (КП), и число формульных единиц (Z). Прежде всего по модели можно решить вопрос о типе химической формулы рассматриваемого соединения, т. е. установить количественное соотношение атомов в структуре. Это нетрудно сделать на основе ана­лиза взаимного окружения - взаимной координации - атомов разных (или одинаковых) элементов.

Термин «координация атома» был введен в химии в конце XIX в. в процессе формирования ее новой области - химии координационных (комплексных) соединений. И уже в 1893 г. А. Вернер ввел понятие коор­динационное число (КЧ) как число атомов (лигандов - ионы, непосредственно связанные с центральными атомами (катионами)), непосредствен­но связанных с центральным. Химики в свое время столкнулись с тем фактом, что число связей, образуемых атомом, может отличаться от его формальной валентности и даже превышать ее. Например, в ионном со­единении NaCl каждый ион окружен шестью ионами противоположного заряда (KЧ Na / Cl = 6, KЧ Cl / Na = 6), хотя формальная валентность атомов Na и С1 равна 1. Таким образом, согласно современному представлению, КЧ - это число ближайших к данному атому (иону) соседних атомов (ионов) в структуре кристалла независимо от того, являются они атомами того же сорта, что и центральный, или иного. При этом межатомные расстоя­ния являются основным критерием, используемым при подсчете КЧ.

Например, в кубических структурах модификации a-Fe (рис. 7.2.а) и CsCl (рис. 7.2. в) координационные числа всех атомов равны 8: в струк­туре a-Fe атомы Fe располагаются в узлах объемноцентрированного куба, отсюда KЧ Fe = 8; в структуре CsCl в вершинах элементарной ячейки располагаются ионы Сl - , а в центре объема - ион Cs + , координационное число которого тоже равно 8 (КЧ Cs / Cl = 8), так же как и каждый ион Cl окружен восемью ионами Cs + по кубу (КЧ Cl / Cs = 8). Это подтверждает от­ношение Cs: С1 = 1: 1 в структуре этого соединения.

В структуре α –Fe координационное число атома Fe по первой координационной сфере равно 8, с учетом второй сферы - 14 (8 + 6). Координационные полиэдры - соответственно куб и ромбододекаэдр.

Координационные числа и координационные многогранники являются важнейшими характеристиками конкретной кристаллической структуры, отличающими ее от остальных структур. На этой основе можно проводить классификацию, относя конкретную кристаллическую структуру к определенному структурному типу.

Установить тип химической формулы по структурным данным (т. е. по модели структуры или по ее проекции - чертежу) можно и иным пу­тем, подсчитав число атомов каждого сорта (химического элемента), при­ходящихся на одну элементарную ячейку. Это подтверждает тип химической формулы NaCl.

В структуре NаС1 (рис. 7.4), типичной для ионных кристаллов типа АВ (где А-атомы (ионы) одного сорта, В-другого), в построении элементарной ячейки принимают участие 27 атомов обоих сортов, из них 14 атомов А (шары большого размера) и 13 атомов В (меньшие шары), но полностью входит в ячейку лишь один. атом, находящийся в ее центре. Атом, находящийся в центре грани элементарной ячейки, принадлежит одновременно двум ячейкам-данной и смежной с ней. Поэтому данной ячейке принадлежит лишь половина этого атома. В каждой из вершин ячейки сходится одновременно по 8 ячеек, поэтому данной ячейке принадлежит лишь 1/8 атома, расположенного в вершине. От каждого атома, находящегося на ребре ячейки, ей принадлежит лишь 1/4.

Вычислим общее число атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку NаС1:

Итак, на долю ячейки, показанной на рис. 7.4, приходится не 27 атомов, а всего 8 атомов: 4 атома натрия и 4 атома хлора.

Определение числа атомов в ячейке Браве позволяет кроме типа хи­мической формулы получить еще одну полезную константу - число фор­мульных единиц, обозначаемое буквой Z. Для простых веществ, состоящих из атомов одного элемента (Сu, Fe, Se и др.), число формульных единиц соответствует числу атомов в элементарной ячейке. Для простых молеку­лярных веществ (I 2 , S 8 и т. д.) и молекулярных соединений (СО 2) число Z paвно числу молекул в ячейке. В подавляющем же боль­шинстве неорганических и интерметаллических соединений (NaCl, CaF 2 , СuАu и т. д.) молекул нет, и в этом случае вместо термина «количество молекул» используют термин «число формульных единиц».

Число формульных единиц можно определить экспериментально в процессе рентгеновского исследования вещества.

Ключевые слова конспекта: химическая формула, индекс, коэффициент, качественный и количественный состав, формульная единица.

- это условная запись состава вещества посредством химических знаков и индексов.

Цифру, стоящую в формуле справа внизу у знака элемента, называют индексом . Индекс обозначает число атомов элемента, входящих в состав данного вещества.

Если требуется обозначить не одну, а несколько молекул (или отдельных атомов), то перед химической формулой (или знаком) ставят соответствующую цифру, которую называют коэффициентом . Например, три молекулы воды обозначаются 3Н 2 О , пять атомов железа - 5Fe . Индекс 1 в химических формулах и коэффициент 1 перед химическими символами и формулами не пишут.

Представленные на рисунке формулы читаются так: три-купрум-хлор-два, пять-алюминий-два-о-три, три-феррум-хлор-три . Запись 5Н 2 О (пять-аш-два-о) следует понимать так: пять молекул воды образованы десятью атомами водорода и пятью атомами кислорода.

Химическая формула показывает, из атомов каких элементов состоит вещество (то есть качественный состав вещества ); и каково соотношение атомов этих элементов (то есть количественный состав вещества ).

Формульная единица

Химические формулы веществ, имеющих немолекулярное строение, например FeS , не описывают состав молекулы; а только показывают соотношение элементов, образующих данное вещество.

Так, кристаллическая решётка поваренной соли - хлорида натрия состоит не из молекул, а из . На каждый положительно заряженный ион натрия в ней приходится один отрицательно заряженный ион хлора. Получается, что отношение индексов в записи NaCl совпадает с отношением; в котором химические элементы соединяются между собой, образуя вещество. По отношению к веществам, имеющим немолекулярное строение, такую запись правильнее называть не формула, а формульная единица .

Данный справочник собран из разных источников. Но на его создание подтолкнула небольшая книжка "Массовой радиобиблиотеки" изданная в 1964 году, как перевод книги О. Кронегера в ГДР в 1961 году. Не смотря на такую ее древность, она является моей настольной книгой (наряду с несколькими другими справочниками). Думаю время над такими книгами не властно, потому что основы физики, электро и радиотехники (электроники) незыблемы и вечны.

Единицы измерения механических и тепловых величин.

Единицы измерения всех остальных физических величин можно определить и выразить через основные единицы измерения. Полученные таким образом единицы в отличие от основных называются производными. Чтобы получить производную единицу измерения какой-либо величины, необходимо выбрать такую формулу, которая выражала бы эту величину через уже известные нам другие величины, и предположить, что каждая из входящих в формулу известных величин равна одной единице измерения. Ниже перечислен ряд механических величин, приведены формулы для их определения, показано, как определяются единицы измерения этих величин. Единица скорости v - метр в секунду (м/сек) . Метр в секунду - скорость v такого равномерного движения, при котором тело за время t = 1 сек проходит путь s , равный 1 м: 1v=1м/1сек=1м/сек Единица ускорения а - метр на секунду в квадрате (м/сек 2). Метр на секунду в квадрате -ускорение такого равнопеременного движения, при котором скорость за 1 сек изменяется на 1 м!сек. Единица силы F - ньютон (и). Ньютон - сила, которая массе т в 1 кг сообщает ускорение а, равное 1 м/сек 2 : 1н=1 кг ×1м/сек 2 =1(кг×м)/сек 2 Единица работы А и энергии - джоуль (дж). Джоуль -работа, которую совершает постоянная сила F, равная 1 н на пути s в 1 м, пройденном телом под действием этой силы по направлению, совпадающему с направлением силы: 1дж=1н×1м=1н*м. Единица мощности W -ватт (вт). Ватт - мощность, при которой за время t=-l сек совершается работа А, равная 1 дж: 1вт=1дж/1сек=1дж/сек. Единица количества теплоты q - джоуль (дж). Эта единица определяется из равенства: которое выражает эквивалентность тепловой и механической энергии. Коэффициент k принимают равным единице: 1дж=1×1дж=1дж Единицы измерения электромагнитных величин Единица силы электрического тока А - ампер (А). Сила не изменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенных на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы между этими проводниками силу, равную 2×10 -7 ньютона. Единица количества электричества (единица электрического заряда) Q - кулон (к). Кулон - заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в 1 сек при силе тока, равной 1 а: 1к=1а×1сек=1а×сек Единица разности электрических потенциалов (электрического напряжения U, электродвижущей силы Е) - вольт (в). Вольт -разность потенциалов двух точек электрического поля, при перемещении между которыми заряда Q в 1 к совершается работа в 1 дж: 1в=1дж/1к=1дж/к Единица электрической мощности Р - ватт (вт): 1вт=1в×1а=1в×а Эта единица совпадает с единицей механической мощности. Единица емкости С - фарада (ф). Фарада - емкость проводника., потенциал которого повышается на 1 в, если на этот проводник внести заряд 1 к: 1ф=1к/1в=1к/в Единица электрического сопротивления R - ом (ом). -сопротивление такого проводника, по которому течет ток силой 1 а при напряжении на концах проводника в 1 в: 1ом=1в/1а=1в/а Единица абсолютной диэлектрической проницаемости ε - фарада на метр (ф/м). Фарада на метр - абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, при заполнении которым плоский конденсатор с пластинами площадью S по 1 м 2 каждая и расстоянием между пластинами d~ 1 м приобретает емкость 1 ф. Формула, выражающая емкость плоского конденсатора: Отсюда 1ф\м=(1ф×1м)/1м 2 Единица магнитного потока Ф и потокосцепления ψ - вольт-секунда или вебер (вб). Вебер - магнитный поток, при убывании которого до нуля за 1 сек в контуре, сцепленном с этим потоком, возникает э. д. с. индукции, равная 1 в. Закон Фарадея - Максвелла: E i =Δψ / Δt где Ei - э. д. с. индукции, возникающая в замкнутом контуре; ΔW- изменение магнитного потока, сцепленного с контуром, за время Δt : 1вб=1в*1сек=1в*сек Напомним, что для одиночного витка понятия потока Ф и потокосцепления ψ совпадают. Для соленоида с числом витков ω, через поперечное сечение которого протекает поток Ф , при отсутствии рассеяния потокосцепление Единица магнитной индукции В - тесла (тл). Тесла - индукция такого однородного магнитного поля, в котором магнитный поток ф через площадь S в 1 м*, перпендикулярную направлению поля, равен 1 вб: 1тл=1вб/1м 2 =1вб/м 2 Единица напряженности магнитного поля Н - ампер на метр (а!м). Ампер на метр - напряженность магнитного поля, создаваемого прямолинейным бесконечно длинным током силой в 4 па на расстоянии г=.2м от проводника с током: 1а/м=4π а/2π * 2м Единица индуктивности L и взаимоиндуктивности М - генри (гн). - индуктивность такого контура, с которым оцеплен магнитный поток 1 вб, когда по контуру течет ток силой 1 а: 1гн = (1в × 1сек)/1а = 1 (в×сек)/а Единица магнитной проницаемости μ (мю) - генри на метр (гн/м). Генри на метр -абсолютная магнитная проницаемость вещества, в котором при напряженности магнитного поля в 1 а/м магнитная индукция равна 1 тл: 1гн/м = 1вб/м 2 / 1а/м = 1вб/(а×м)

Соотношения между единицами магнитных величин
в системах СГСМ и СИ

Внесистемные единицы

Некоторые математические и физические понятия
применяемые радиотехнике

Как и понятие - скорость движения, в механике, в радиотехнике существует аналогичные понятия, такие как скорость изменения тока и напряжения. Они могут быть как усредненные, за время протекания процесса, так и мгновенные.

i= (I 1 -I 0)/(t 2 -t 1)=ΔI/Δt

При Δt -> 0, получаем мгновенные значения скорости изменения тока. Оно наиболее точно характеризует характер изменения величины и может быть записано в виде:

i=lim ΔI/Δt =dI/dt Δt->0

Причем следует обратить внимание - усредненные значения и мгновенные значения могут отличаться в десятки раз. Особенно наглядно это видно при протекании изменяющегося тока через цепи имеющие достаточно большую индуктивности.

Децибелл

Для оценки отношения двух величин одинаковой размерности в радиотехнике применяется специальная единица - децибел.

K u = U 2 / U 1 Коэффициент усиления по напряжению; K u[дб] = 20 log U 2 / U 1 Коэффициент усиления по напряжению в децибелах. Кi[дб] = 20 log I 2 / I 1 Коэффициент усиления по току в децибелах. Кp[дб] = 10 log P 2 / P 1 Коэффициент усиления по мощности в децибелах.

Логарифмическая шкала позволяет так же на графике нормальных размеров, изображать функции имеющие динамический диапазон изменения параметра в несколько порядков.

Для определения мощности сигнала в зоне приема используется другая логарифмическая единица ДБМ - дицибелл на метр. Мощность сигнала в точке приема в дбм:

P [дбм] = 10 log U 2 / R +30 = 10 log P + 30. [дбм];

Эффективное напряжение на нагрузке при известной P[дбм] можно определить по формуле:

Размерные коэффициенты основных физических величин