1.5 Оформление математических и химических формул, схем и уравнений химических реакций

При оформлении и размещении в тексте работы математических формул и химических формул веществ, схем и уравнений реакций следует придерживаться следующих рекомендаций.

1 Символы химических элементов записывают прямым шрифтом, а символы физических величин – курсивом:

m(Fe³⁺) = 5,0 мг; с(¹/₅ KMnO₄) = 0,0100 моль/дм³

2 Математические уравнения и расчетные формулы набирают на компьютере с использованием редактора формул Microsoft Equation, а структурные химические формулы и уравнения химических реакций – с использованием программ ChemWord, ISIS Draw или RasWin. Их следует выделять из текста в отдельную строку. Формулы и уравнения центруют, выше и ниже каждой из них должно быть оставлена одна свободная строка. Если уравнение не умещается в одну строку, то оно должно быть перенесено на другую после знака равенства (=) или желательно после знаков плюс (+), минус (–), причем знак в начале следующей строки повторяют. При перенесении части уравнения на другую строку после умножения ставят знак () на предыдущей и следующей строке.

3 Математические формулы и уравнения, а также схемы и уравнения химических реакций (за исключением приложений) нумеруют арабскими цифрами сквозной нумерацией в последовательности, соответствующей их упоминанию в тексте, и их номера записывают в круглых скобках в крайнем правом положении на строке. Допускается их нумерация в пределах раздела с указанием номера раздела и порядкового номера объекта в нем, разделенные точкой. В каждом приложении нумерацию проводят отдельно с добавлением перед номером через точку обозначения приложения.

Ссылки на порядковые номера формул и уравнений в тексте работы дают в скобках, например, “ …в формуле (1) …” или “ …в схеме (1.1) …” или “ …расчеты были проведены по уравнению (А.1), выведенному в приложении А.”

Часто громоздкие схемы уравнений химических реакций с участием органических веществ, а также структурные формулы групп однотипных соединений целесообразно оформлять как рисунок и включать в нумерацию рисунков.

4 При написании математических формул следует применять обозначения и символы, установленные соответствующими стандартами. Стандартные символы функций в математических формулах, например, sin ; lg ; … записывают прямым шрифтом.

Недопустимо в одной формуле использовать буквенное обозначение одних величин и численные значения других величин. Наряду с буквенным обозначением величин в формуле могут быть математические коэффициенты и коэффициенты перехода от одних единиц выражения физической величины к другим.

В формулах знак умножения (∙) между символами физических величин не ставят, а ставят его только в случае замены их числовыми значениями.

Пояснения значений символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, следует приводить непосредственно под формулой в той же последовательности, в которой они даны в ней, с указанием единиц выражения физических величин. Формулу отделяют от пояснений запятой, первая строка пояснений должна начинаться со слова «где» без абзаца и двоеточия после него. Пояснения каждого символа дают с новой строки и разделяют между собой знаком «;», в конце ставится точка.

Пример 32

Молярную концентрацию дихромат-анионов рассчитывают по формуле:

(свободная строка)

(1)

(свободная строка)

где с(Cr₂O₇^2-) – молярная концентрация дихромат-анионов, моль/дм³;

А – оптическая плотность раствора;

(Cr₂O₇^2-) – молярный коэффициент погашения, дм³/(мольсм);

l – толщина поглощающего слоя, см.

Пример 33

Коэффициент А учитывает замедление движения ионов под действием электрического поля за счет движущихся навстречу противоположно заряженных ионов:

(свободная строка)

(2)

(свободная строка)

где z – относительный заряд иона;

e_o= 1.60210^-16 Кл – элементарный заряд;

N_A = 6.02210²³ моль^-1 – постоянная Авогадро;

 – вязкость воды, Пас;

_о = 8.85410^-12 Ф/м (Ф  м^-2кг^-1с⁴А²) – диэлектрическая проницаемость вакуума;

 – диэлектрическая проницаемость воды;

k = 1.38110^-23 Дж/К (м²кгс^-2K^-1) – постоянная Больцмана;

Т – температура, К.

Расшифровку буквенных обозначений одних и тех же величин можно объединять. Буквенное обозначение косвенно измеряемой физической величины и ее единицы выражения можно привести в описании цели приведения формулы.

Пример 34

Изменения количества эквивалентов серной кислоты (_А(n(H⁺)), моль) в анодном пространстве после электролиза рассчитывают по формуле:

(свободная строка)

(3)

(свободная строка)

где – объемы раствора гидроксида натрия, пошедшие на титрование аликвотной части раствора кислоты в анодном пространстве: до и после электролиза соответственно, см³;

m_A – масса раствора серной кислоты в катодном пространстве электролизера, г;

с(NaОН) – молярная концентрация гидроксида натрия в титранте, моль/дм³;

_А – плотность растворов серной кислоты в анодном пространстве, г/см³;

V_a – аликвотная часть раствора кислоты, взятая для анализа, см³.

5 Следует различать два понятия – схема и уравнение химической реакции.

Схема отражает качественную сторону химической реакции и в ней обычно указывают набор исходных веществ (реагенты) и через стрелку химические формулы целевых продуктов реакции, а формулы сопутствующих веществ или указывают частично, или опускают полностью. Над и под стрелкой часто указывают условия протекания реакции: температуру, природу растворителя, время и т.д.

Уравнение химической реакции предполагает указание полного набора как реагентов, так и продуктов реакции и расстановку стехиометрических коэффициентов. По физическому смыслу оно представляет собой записанный в явном виде закон сохранения количества атомов каждого химического элемента в ходе реакции. Между правой и левой частями уравнения ставится знак равно (=).

Химические формулы соединений, свойства которых обсуждаются в работе, нумеруют римскими цифрами. Возможна сквозная нумерация в последовательности, соответствующей их упоминанию в тексте, или нумерация в пределах одной схемы или уравнения, если эти схемы или уравнения представлены в тексте в виде рисунка. В первом случае ссылка на них включает номер соединения без скобок, а во втором – номер соединения дополняют номером рисунка в скобках, например,

«…соединение IV (рисунок 7)…».

Пример 35

(свободная строка)

(свободная строка)

Рисунок 7 – Схема реакции окисления α-пинена

Пример 36

Уравнение реакции окисления сахарозы дихроматом калия в кислой среде

(свободная строка)

8 K₂Cr₂O₇ + С₁₂Н₂₂О₁₁ + 32 H₂SO₄ = 8 Cr₂(SO₄)₃ + 12 CO₂ + 8 K₂SO₄ + 43 H₂O, (4)

(свободная строка)

или в сокращенном ионном виде

(свободная строка)

8 Cr₂O₇^2- + С₁₂Н₂₂О₁₁ + 64 H⁺ = 16 Cr³⁺ + 12 CO₂ + 43 H₂O. (5)

(свободная строка)

Ссылки на порядковые номера химических формул, схем и уравнений реакций в тексте работы, например:

«Согласно схеме реакции, представленной на рисунке 7, в зависимости от природы окислителя и условий её протекания образуется или смесь соединений миртенола II и миртеналя III, или только 2-гидроксипинан-3-он IV » или « Согласно схеме реакции (рисунок 7)….»;

«Продукт III (рисунок 7) может быть использован…»;

« Расчет количества образовавшегося оксида углерода(IV) проводили по уравнению реакции (4)».

6 Глубину протекания химической реакции можно охарактеризовать с помощью двух показателей, которые обычно выражают в процентах – это степень превращения (конверсии) реагента X – α(X) и относительный выход целевого продукта Y – η (Y).

Степень превращения (конверсии) реагента X (α(X),%) рассчитывают по формуле:

α(X) =  100 = 100, (6)

где n_пр, n₀ – количества прореагировавшего и взятого для реакции вещества X, моль;

m_пр, m₀– массы прореагировавшего и взятого для реакции вещества X, г.

Говоря о выходе целевого продукта Y, следует различать теоретически возможный, равновесный и практический выходы, причем значения первых двух – рассчитывают, а практического – измеряют. Теоретически возможный выход соответствует максимально возможному количеству (массе) продукта Y, которое можно получить при условии полного и необратимого протекания реакции. Равновесный выход соответствует неполному протеканию реакции до установления химического равновесия и равен количеству (массе) продукта Y в равновесной смеси. Практический выход соответствует реально полученному в чистом виде количеству (массе) целевого продукта Y и на его значение влияют как возможная неполнота протекания реакции, так и степень извлечения данного продукта из конечной реакционной смеси.

Относительный выход целевого продукта Y (η (Y), %) рассчитывают путем сравнения равновесного или практического выхода с теоретически возможным по формуле:

η (Y) = 100 = 100, (7)

где n_р, n_т – равновесный (практический) и теоретически возможный выходы Y, моль;

m_р, m_т – равновесный (практический) и теоретически возможный выходы Y, г.