Текст книги "Общая и Неорганическая химия с примерами решения задач"

Франклин считал, что стекло содержит электрического флюида больше нормы и поэтому несет положительный заряд.

В 1800 г. итальянский физик Алессандр Вольта (1745-1827) сделал важное открытие. Он установил следующее: два куска металла (разделенные растворами, способными проводить электрический заряд) можно расположить таким образом, что по соединяющей их проволоке пойдет «ток электрических зарядов», или электрический ток.

Два английских химика – Уильям Николсон (153-1815) и Энтони Карлайл (1768-1840) продемонстрировали наличие такой обратной зависимости. Пропустив электрический ток через воду, они обнаружили, что на электропроводящих полосках металла опущенных в воду, появляются пузырьки газа. Как выяснилось, на одной из полосок выделялся водород, на другой – кислород.

Они впервые провели электролиз воды. Выделявшиеся по мере разложения воды водород и кислород они собирали в отдельные сосуды. Последующие измерения показали, что объем водорода вдвое превышает объем кислорода. Объем выделившегося водорода вдвое превысил объем кислорода, поэтому вполне естественно было предположить, что каждая молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода, а не по одному атому каждого элемента, как считал Дальтон.

Результаты исследований Николсона и Карлайла были подкреплены работой французского химика Жозефа Луи Гей-Люссака (1778-1850), Гей-Люссак установил, что два объема водорода, соединяясь с одним объемов кислорода, образуют воду. Далее, он нашел, что когда газы образуют соединения, соотношение их объемов всегда представляет собой соотношение кратных чисел. В 1808 г. Гей-Люссак опубликовал сообщение об открытом им законе объемных отношений.

Используя этот закон, можно было также решить наконец, сколько атомов азота и водорода в аммиаке. После того, как было установлено, что в молекуле аммиака содержится один

атом азота и три (а не один) атом водорода, выяснилось, что атомная масса азота равна не примерно 5, а 14.

Первым, кто обратил внимание на необходимость предположения о том, что в газах равное число частиц занимает равнее объемы, был итальянский химик Амедео Авогадро (1776-1856). Поэтому предположение, выдвинутое им в 1811 г., получило название гипотезы Авогадро.

1818 г. французский химик Пьер Луи Дюлонг (1785-1838) и французский физик Алексис Терез Пти (1791-1820) определили атомный вес одного из таких элементов.

Атомный вес элемента (правда, только приблизительный) можно определить, измерив его теплоемкость. Этот метод ока-зался пригодным только для твердых элементов, да и то не для всех, и тем не менее это был шаг вперед.

Шведский химик Исис Якоб Берцелиус вслед за Далтоном внес особенно большой вклад в создание атомистической тиории. Примерно с 1807 г. Берцелиус вплотную занялся определением точного элементного состава различных соединений. Он представил столько доказательств, подтверждавших закон постоянства состава, что химики были вынуждены принять справедливость этого закона, а следовательно, и принять ато-мистическую теорию, которая непосредственно вытекала из закона постоянства состава.

Далее Берцелиус принялся за определение атомных весов более сложными и точными методами, которые были недоступны Дальтону. В этой свое работе Берцелиус использовал законы, открытые Дюлонгом и Пти, Митчерлихом и ГейЛюссаком (но подобно большинству своих современников, не воспользовался гипотезой Авгадро).

1826 г. Берцелиус опубликовал первую таблицу атомных весов. Приведенные в ней величины в основном совпадают (за исключением атомных весов двух-трех элементов) с принятыми в настоящее время. Эта таблица, опубликованная в издававшихся самим И.Берцелиусом «Годичных обзорах», вошла в историю химии как таблица 1826 г.

Существенное различие между таблицами Берцелиуса и Дальтона состоит в том, что величины, полученные Берцелиусом, в большинстве не были целыми числами.

своих расчетах Дальтон исходил из того, что атомный вес водорода равен 1, и поэтому атомные веса всех элементов

в таблице Дальтона представляют собой целые числа. Изучив составленную Дальтоном таблицу атомных весов, английский химик Уильям Праут (1785-1850) пришел в 1815-1816 гг. к мне-нию, что все элементы в конечном счете состоят из водорода и что атомные веса различных элементов различаются по той причине, что они состоят из равного числа атомов водорода. Эта точка зрения известна как гипотеза Праута.

Однако, таблица Берцелиуса, казалось, разрушила это привлекательное предположение (привлекательное потому, что, по-добно античным ученым, Праут сводил все возраставшее число элементов к одному основному веществу и, таким образом, как будто бы придавал Вселенной упорядоченность и симметрию). Однако, если принять атомный вес водорода («основы»), рав-ным 1, то атомный вес кислорода составит приблизительно 15,9 веса водорода, но едва ли можно согласиться с тем, что кисло-род состоит из 15 плюс еще 9/10 атома водорода.

следующем столетии таблицы атомных весов постоянно уточнялись, и все более очевидными становились выводы Бер-целиуса, считавшего, что атомные веса различных элементов не являются целыми числами, кратными атомному весу водорода.

шестидесятых годах XIXв. Бельгийский химик Жан Сер-вио Стас (1813-1891) определил атомные веса точнее, чем Берцелиус. В начале ХХ в. американский химик Теодор Уильям Ричардс (1868-1928), приняв все меры предосторожности (во многом надуманные), определил величины атомных весов с такой точностью, которая только возможна при использовании чисто химических методов. Исследования Стаса и Ричардса ответили на те вопросы, которые в работах Берцелиуса оставались нерешенными.

В то время, когда Ричардс проводил свои поразительно точные определения атомных весов, вновь встал вопрос о том, что следует понимать под атомных весом. И на этом этапе развития химии гипотезе Праута, как мы увидим далее, суждено было возродиться.

Поскольку, как выяснилось, атомные веса различных элементов взаимосвязаны не столь простым образом, как это ранее предполагалось, необходимо было выявить стандарт, исходя из которого можно было бы определить атомные веса элементов. Естественным казалось принять за единицу атомного веса атомные вес водорода, как это сделали Берцелиус и

Дальтон. Но при этом атомный вес кислорода выражался неудобным нецелым числом 15,9, а ведь именно кислород обычно использовался для определения соотношений элементов в различных соединениях.

Атомный вес кислорода округлили и приняли равным 16.000 (вместо 15,9). Таким образом, в качестве стандарта был принят атомный вес кислорода, равный 16, атомный вес водорода при этом оказался равным 1.008. Атомный вес кислорода служил стандартом вплоть до середины XX в.

После того, как атомистическая теория была принята, стало возможным изображать вещества в виде молекул, содержащих постоянное число атомов различных элементов. Вполне естественным было попытаться изобразить такие молекулы в виде набора маленьких кружков, представляющих собой атомы: при этом атомы каждого вида можно было изобразить кружками определенного типа.

Простым кружком Дальтон изображал атом кислорода; кружком с точкой посредине – атом водорода; кружком с вертикальной линией – атом азота; закрашенным черным кружком – атом углерода и т.д. Серу он изображал в виде кружка с буквой S, фосфор – в виде кружка с буквой P и т.д.

Берцелиус решил, что кружки излишни, достаточно лишь начальных букв. Он предложил, чтобы каждому элементу соответствовал свой особый знак, который был бы одновременно и символом элемента, и символом одиночного атома этого элемента, и в качестве такого знака предложил использовать начальную букву латинского названия элемента. В тех случаях, когда называния двух или более элементов начинались с одних и тех же начальных букв, добавлялась вторая буква названия. Так появились химические символы.

С помощью химических символов легко показать количество атомов в молекуле. Химические формулы можно объединять в химические уравнения. Чтобы уравнять правую и левую части, перед формулами исходных веществ и продуктов реакции ставят коэффициенты.

За полтора века прошедшие с того времени, когда Бойль ввел понятие «элемент», было открыто поразительно много веществ, отвечающих этому определению. Очень часто эти элементы входили в состав оксидов. В принципе под воздействием какого-либо элемента, обладающего более сильным сродством

к кислороду, атом (или атомы) кислорода может покинуть первый элемент и присоединиться ко второму. Этот метод оказал-ся эффективным. Причем часто роль второго, отнимающего кислород элемента и выполнял углерод.

Известь по своим свойствам похожа на оксид. Однако ни один из известных тогда элементов, вступая в реакцию с кислородом, не образует известь. Следовательно, известь является оксидом неизвестного элемента. Пытаясь выделить этот неизвестный элемент, известь нагревали на коксе, но при этом ничего не происходило. Ни одно другое химическое вещество также не могло «заставить» известь отдать кислород.

Английский химик Гемфри Дэви (1778-1829) решил, что если вещество нельзя разложить химическим путем, то, возможно, это удастся осуществить под воздействием электрического тока: ведь таким способом удалость разложить даже молекулу воды. Дэви только разложил воду и получил водород и кислород. Необходимо было прежде удалить воду. Однако через твердые вещества ему даже не удалось пропустить ток. Наконец, Дэви догадался расплавить соединения и пропустить ток через расплав.

6 октября 1807 г. Дэви пропустил ток через расплавленный поташ (карбонат калия) и получил маленькие шарики металла, который он назвал потассием (от английского – potaslt). Этот металл, впоследствии названный калием, оказался очень активным. Неделю спустя Дэви выделил из соды (карбоната натрия) содий (от английского – soda), впоследствии названный натрием. По своей активности, как выяснилось, натрий лишь незначительно уступает калию.

В 1808 г., пользуясь модифицированным вариантом метода Берцелиуса, Дэви выделил магний из магнезии, стронций из оксида стронция, барий из оксида бария и кальций из извести («кальций» – от латинских называний извести – calx. calcis).

Дэви также показал, что зеленоватый газ, который открыв

ший его Шееле считал оксидом, в действительности является χλωρος – желто-зеленый). Позднее Гей-Люссак сократил это

название до хлора. Дэви доказал, что соляная кислота, будучи сильной кислотой, не содержит атома кислорода в своей молекуле, и, таким образом, опроверг предположение Лавуазье, который рассматривал кислород как необходимый компонент всех кислот.

Работы Дэви по электролизу продолжил его помощник и ученик Майкл Фарадей (1791-1867), который впоследствии стал знаменитым ученым. Фарадей называл расщепление молекул под действием электрического тока электролизом. Фарадей назвал соединение или раствор, способный проводить электрический ток, электролитом; металлические стержни или пластины, помещенные в расплавленный металл или раствор, – электродами; электрод, несущий положительный заряд – ано-дом; электрод несущий отрицательный заряд – катодом.

Реально существующие частицы, благодаря которым элект-рический ток проходит через раствор или расплав, Фарадей на-зывал ионами (от греческого ιογ – идущий). Ионы, перемеща-ющиеся по направлению а аноду, он назвал анионами, ионы, перемещающиеся по направлению к катоду – катионами.

1832 г. Фарадей сформулировал следующие два закона электролиза: 1. Вес вещества, выделившегося на электроде во время электролиза, пропорционален количеству электричества, пропущенного через раствор. 2. Вес металла, выделенного данным количеством электричества, пропорционален эквивалентному весу этого металла.

Законы Фарадея, по мнению некоторых химиков, указывали на то, что электричество, как и материю, можно разложить на постоянные минимальные единицы, или, другими словами, на «атомы электричества».

Человек разделил вещества на две группы: горючие и негорючие.

Накопленные в XVIII столетии знания показали химиками, что судить о природе веществ, исходя только из их горючести или негорючести, нельзя. Вещества неживой природы могли выдерживать жесткую обработку, а вещества живой или некогда живой материи такой обработки не выдерживали. Вода кипела и снова конденсировалась в воду; железо или соль расправлялись, но остывая, возвращались в исходное состояние. В то же время, оливковое масло или сахар при нагревании (даже в условиях исключающих возможность горения) превращались в дым и гарь.

1807 г. Берцелиус предложил вещества, подобные оливковому маслу или сахару, которые типичны для живой природы, называть органическими. Вещества, подобные воде и соли, которые характерны для неживой природы, он называл неорганическими.

Химиков не переставало удивлять, что органические вещества при нагревании или каком-либо другом жестком воздействии легко превращаются в неорганические вещества. (Возможность обратного превращения, т.е. превращения неорганического ве-щества в органическое, была установлена несколько позднее). То время было временем господства витализма – учения, рассматривающего жизнь как особое явление, подчиняющееся не законам мироздания, а влиянию особых жизненных сил. За-щитником витализма веком раньше был Шталь, основатель те-ории флогистона. Сторонники витализма утверждали, что для превращения неорганических веществ в органические требуется какое-то особое воздействие («жизненная сила») которое прояв-ляется только внутри живой ткани. По этой причине неорганические соединения, например, воду, можно было найти повсюду

– в пределах и живого, и неживого мира, тогда как органические соединения, образующиеся под воздействием жизненной силы, можно найти только в живых тканях.

Первые сомнения в справедливости такого утверждения возникли после опубликования в 1828 г. работы Фридриха Велера (1800-1882), немецкого химика, ученика Берцелиуса. Ве-лера, в частности, интересовали цианиды и родственные им соединения.

Значение открытия Велера отрицать нельзя. Оно способствовало низвержению витализма и вдохновило химиков на попытки синтеза органического вещества: не будь этого открытия, химики направили бы свои усилия в другом направлении.

В 1845 г. Адольф Вильгельм Герман Кольбе (1818-1884), уче-ник Велера, успешно синтезировал уксусную кислоту, считав-шуюся в его время несомненно органическим веществом. Если синтез мочевины Велера породил сомнения относительно существования «жизненной силы», то синтез уксусной кислоты Кольбе позволил решить этот вопрос.

Французский химик Пьер Эжен К……..ен Бертло (1827-1907) в 50-е годы XIX в. синтезировал метиловый и этиловый спир-ты, Метан, бензол, ацетилен. Бертло «нарушил границу» между неорганической и органической химией, покончив с пресловутым «запретом». В дальнейшем такое «нарушение границ» ста-ло обычным.

Русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф (1764-1833) первым занялся детальным изучением этого вопроса. В

1812 г. ему удалось превратить крахмал, нагревая его с кислотой, сахар, который в последствии получил называние глюкозы.

1820 г. французский химик Анри Браконно (1780-1854) таким же способом обрабатывал желатину (продукт денатуриро-ванного белка) и получил глицин – азотсодержащую органи-ческую кислоту, относящуюся к той группе веществ, которые впоследствии были названы (Берцелиусом) аминокислотами. Глицин был первой из двадцати различных аминокислот, выделенных в следующем веке из природных белков.

Французский химик Мишель Эжен Шеврель (1786-1889) посвятил первую половину свой очень долгой творческой жизни изучению жиров. В 1809 г. он обрабатывал мыло (полученное нагреванием жира со щелочью) кислотой и выделил то, что мы теперь называем жирными кислотами. Позднее он показывал, что, превращаясь в мыло, жиры теряют глицерин.

Бертло в 1954 г. нагревая глицерин со стеариновой кислотой (одной из самых распространенных жирных кислот, полученных из жиров), получил молекулу, состоящую из остатка молекулы глицерина и трех остатков молекул стеариновой кислоты. Этот тристеарин, который оказался идентичен тристеарину, полученному из природных жиров, был самым сложным из синтезированных к тому времени аналогов природных продуктов.

Химик может синтезировать из продуктов неживой природы соединение, по всем своим свойствам являющееся органическим. Именно с синтезом аналогов природных продуктов связаны самые крупные достижения органической химии второй половины XIX и XX вв.

Роль химии в современном мире и ее будущее.

В атмосфере «хемифобии» надо полностью сознавать невозможность социального прогресса без развития химии и применения ее достижений для решения проблем энергетики, экологии, национальной обороны, здравоохранения, развития промышленности, сельского хозяйства.

Достаточно сказать, что 92% энергии, потребляемой сейчас обществом, мы получаем, осуществляя химические процессы. И если современная энергетика создает экологические проблемы, то виновата в этом не химия, а неграмотное или недобросовестное использование продуктов ее деятельности (хим. процессы, продукты, материалы).

Надо помнить, что химия – это не только ДДТ, дефолианты, нитраты и диоксины. Но и сахар и соль, воздух и валидол, молоко и магний, полиэтилен и пенициллин.

Все чем мы пользуемся, что носим, в чем живем, передвигаемся, чем играем, производится посредством управляемых хим. реакций.

Занятие химика – изобретение реакций, превращающих окружающие нас вещества в те, что служат удовлетворению наших нужд.

Нам необходимо иметь эффективное средство против болезни Паркинсона. Химики синтезируют карбидофу – соединение, отсутствующее в природе, но обладающее высокой терапевтической активностью.

Миллионы автомашин загрязняют атмосферу. Эту задачу отчасти помогает решить автомобильный каталитический конвертор выхлопных газов.

Сейчас насчитывается более 8 миллионов синтезированных соединений. Химия играет роль в решении проблем обеспечения людей продовольствием, одеждой и жильем, новых источников энергии, в создании возобновляемых заменителей истощающихся или редких материалов, в укреплении здоровья человека, в контроле за состоянием среды обитания и ее защите.

Поскольку все жизненные процессы вызываются хим. изменениями, знания о химических реакциях обеспечивают необходимый фундамент для постижения сущности жизни. Таким образом, химия вносит вклад в решение проблем универсальной философской значимости.

Трагедия в Бхопале (Индия) ярко показывает две стороны химии. Тысячи отравленных токсичными веществами, применяемыми для производства продуктов питания, ежегодно спасавших миллионы людей от голодной смерти.

IY.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ (фундаментальные) ЧАСТИЦЫ

Мельчайшие объекты материи, являющиеся составными элементами атомов вещества, или же объекты, преобразующиеся в эти элементы в процессе взаимодействия друг с другом.

На данном уровне развития научных представлений о строе-нии вещества им отводится роль первичных кирпичиков миро-здания. Считается, что все многообразие окружающего нас мира построено из ограниченного числа элементарных частиц.

Элементарные частицы делят на 3 класса:

I – ФОТОН – квант электромагнитного излучения;

II – ЛЕПТОНЫ – электронное (электронное нейтрино, электрон) семейство; мюонное (мюонное нейтрино, мюон) се-мейство;

III – АДРОНЫ – мезонное (пион, каон, мезон и др.) семейс-тво; барионное (протон, нейтрон, гигерон и т.д.) семейство.

настоящее время известно несколько сотен элементарных частиц и делаются попытки их построения из небольшого числа частиц (кварков).

химии наиболее значение имеют такие элементарные частицы, как электроны, протоны и нейтроны, из которых образованы атомы химических элементов.

Электрон – первая из открытых элементарных частиц, – носитель наименьшего электрического заряда (кванта электричества q= = 1,6 –10–19 Кл. Масса покоя 9,1–10–31 кг).

Характеристики некоторых элементарных частиц

Свойство

Электрон

Протон

Нейтрон

Масса покоя в М е

1

1836

1840

Заряд

–1

+1

0

Стабильность в свободном состоянии

стабильная

стабильная

нестабильная

АТОМНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Атомная частица представляет собой систему взаимодействующих элементарных частиц, состоящую из ядра, образованного протонами и нейтронами, и электронов.

Под атомной частицей понимается не только изолирован-ный атом, но и производные от него: атомный (одноатомный) ион, атомный радикал, атомный ион-радикал, образующиеся вследствие ионизации или возбуждения атома и способные к самостоятельному существованию (опред. временем жизни частицы, которое можно измерить физическими методами) .

ИЗОЛИРОВАННЫЙ АТОМ не имеет заряда, однако он может иметь не спаренные электроны (атомный радикал).

АТОМНЫЙ ИОН (К⁺, S^2–) характеризуется наличием положительного или отрицательного заряда и образуется в результате удаления или присоединения электронов к атому.

АТОМНЫЙ РАДИКАЛ (Н, Cl) имеет не спаренные электро-ны в основном или возбужденном состоянии, а атомный ион– радикал (Cu^2+, V²⁺) – заряд и не спаренные электроны.

Атомная частица является низшим, исходным уровнем хим. организации материи. Следующий уровень усложнения частиц – образование из атомных частиц различных атомных ас-социатов.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Молекулярная частица представляет собой систему взаимодействующих элементарных частиц, состоящую из атомных ядер и окружающих их внутренних и валентных электронов. Она образуется вследствие взаимодействия атомных частиц. Образование хим. связей между атомными частицами осуществляется валентными электронами.

Под молекулярной частицей понимается наименьшая совокупность атомных частиц, химически связанных в определенном порядке, способная к самостоятельному существованию, т.е. обладающая устойчивой структурой.

В зависимости от наличия или отсутствия заряда и не спа-ренных электронов молекулярные частицы классифицируют на молекулы (отсутствуют заряд и не спаренные электроны), молекулярные ионы (имеется заряд, отсутствуют не спаренные электроны) NO₂^–, SO₄^2–, молекулярные радикалы или биради-калы (отсутствует заряд, имеется один или два не спаренных электрона), NO₂, O₂, молекулярные ион–радикады (имеется заряд и не спаренные электроны)

Молекула может переходить в свободно–радикальное состояние в результате возбуждения (воздействие света, теплоты и т.д.). В редких случаях такое возбуждение приводит к обратному процессу, когда бирадикал вследствие спаривания электронов превращается в молекулу O₂ h–v1 O₂. (Бирадикал превращается в синглетный молекулярный кислород).

Понятие молекулы в химии введено в связи с необходимостью отличить от ее атома. Оно должно отражать число атомов, их взаимное расположение и характер связи между ними (т.е. структуру), а также исключать характерные признаки других частиц.

формулировке понятия молекулы не следует указывать такой признак, как свойства, поскольку они зависят от внешних условий, растворителя, агрегатного состояния.

Кроме того, две полимерных молекулы о высокой, но различной степенью полимеризации могут практически не отличаться по химическим и даже физическим свойствам, однако, у них своя молекулярная структура и каждая молекула индивидуальное соединение.

ряде случаев нет смысла говорить о молекулах веществ в конденсированном состоянии (ионные, атомные кристаллы).

Молекула – это способная к самостоятельному существова-нию, нейтральная по заряду наименьшая совокупность атомов, связанных вследствие химического взаимодействия в опреде-ленном порядке (т.е. обладающая определенной структурой), не имеющая, как правило, не спаренных электронов.

ПРОДУКТЫ АССОЦИАЦИИ И АГРЕГАЦИИ

Дальнейшее усложнение химической организации материи идет по пути образования более сложной совокупности взаимодействующих атомных и молекулярных частиц (молекулярных ассоциатов и агрегатов) и их комбинаций.

Образование ассоциатов не изменяет фазового состава системы, а при образовании агрегатов возникает новая фаза (чаще всего твердая). Ассоциаты существуют в газообразном состоянии и в растворах (HCOOH)₂, (H₂F₂), агрегаты – в твердом [NaCl(тв.), Si(тв.)] или жидком (эмульсии) состоянии.

случае сильных (специфических) взаимодействий моле-кулярный ассоциат может рассматриваться как молекулярная частица, более сложная, чем исходные (NO²⁺ NO²⁺N₂O₄).

случаях слабых (неспецифических) взаимодействий мы имеем дело с молекулярным ассоциатом, характеризующимся наличием надмолекулярной структуры.

К атомно–молекулярным агрегатам относят молекулярные кристаллы (HgCl₂(тв.)), ионные кристаллы (NаС1(тв.)), атомные кристаллы (Si(тв.)).

Молекулярные кристаллы – это агрегаты, образующиеся из молекул в результате слабых межмолекулярных взаимодействий (нафталин, J₂). При нагревании они диссоциируют сравнительно легко на исходные молекулы. При увеличении размера молекул (красители, сахара, полисахариды) из-за большой энергии взаимодействия они не могут возгоняться без разложения.

Ионные кристаллы (ионные агрегаты) образуются из ионов вследствие сильных электростатических взаимодействий. Они плавятся и возгоняются, распадаясь на более простые частицы только при довольно высоких температурах. Под влиянием сольватации полярным растворителем агрегат теряет ионную структуру и переходит в раствор в виде стехиометрической смеси ионов, слабо взаимодействующих друг с другом.

Таким образом, усложнение частиц идет в направлении:

Элементарные частицы → Атомные частицы → Молекулярные частицы → Ассоциаты → Агрегаты

Под более сложными молекулярными частицами имеются

виду молекулярные ассоциаты второго и высших порядков (белки) из нескольких различных по природе надмолекулярных структур. ХХХ

По мере усложнения частиц происходит переход количества

качество, поэтому совокупность частиц отличается природой, свойствами, степенью связанности, прочностью.

Независимо от степени ассоциации или агрегации для них используются понятия: простые и сложные вещества, химические соединения, которые изображаются стехиометрической формулой вещества с указанием его модификации, агрегатного состояния, внешних условий, чистоты.

Химический элемент – вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств.

ОТНОСИТЕЛЬНОЙ М (молекулярной массой) простого или сложного вещества называется отношение массы его молекулы к 1/12 части массы атома 12С. 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12С наз. А.Е.М.

Моль – количество вещества содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г. изотопа углерода 12С.

Отношение массы m вещества к его количеству ν называется молярной массой вещества

M=m /ν [г/моль]

М=кMотн , к=1.

Отношение объема, занимаемого веществом, к его количес-тву называется молярным объемом вещества.

Y. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Атомно–молекулярное учение (М.В.Ломоносов, 1741г.) Корпускулярная теория.

I. Все вещества в природе состоят из частичек, физически неделимых и обладающих способностью взаимного сцепления.

II. Свойства веществ зависят от свойств этих элементов. (Мелкие элементы – атомы, корпускулы – молекулы).

III. Причина различия веществ не только в составе корпускул, но и в различном расположении элементов в корпускуле.

IV. Корпускулы движутся согласно законам механики. Так как изменения веществ обуславливаются движением корпускул, то химические превращения должны изучаться методами физики и математики.

Стехиометрия – раздел химии, в котором рассматриваются весовые и объемные отношения между реагирующими веществами.

XVIII–XIX вв. Основные стехиометрические законы.

Закон Дальтона

Р = P1+P2+P3+… , где Р – общее давление;      P1,2,3… –пар-

циальное давление газов

Закон Авогадро: в равных объемах разных газов при оди-наковых условиях (P,V) cодержится одинаковое число частиц (молекул или атомов)

Na –число Авогадро ; Na= 6,02–1023

При Н.У. 1моль любого газа занимает V=22,4л

mx = nMx = Д

m1 nM1 х/1

3. Mx = Дх/1M1

Закон Бойля–Мариотта Т – const

P1 V1 = P2V2

Закон Шарля и Гей–Люссака

P – const ;

V = T

V0      T0

Объединенный закон газового состояния для 1 моля газа

PV      P0V0

T = T0 = R

Т0=273,15К      V0=22,4 л P0=101325 Па=760мм рт.ст.

Уравнение Менделеева– Клапейрона(1874г.) PV= nRT = mМ *RT

Где R–универсальная газовая постоянная=8,31 Дж/моль К= 8,314 Па =0,082 атм л/(моль К) = 62360 мм рт.ст мл/(моль К)

Закон сохранения массы: Ломоносов(1748), Лавуазье(1774)

Σ m(продуктов) = Σ m (исходных)

«Что и где убыло, то именно в другом месте и присовокупиться должно, но в той же мере».

Закон простых объемных отношений

(Гей–Люссака, 1808г)

H2 + Cl2 = 2HCl

Объемы вступающих в реакцию газов относятся между собой и к объему образующихся продуктов как небольшие целые числа.

Закон эквивалентов

m1 = Э1

m2      Э2

Э(х)=f(х)М(х),

где f(x) – фактор Х, который показ., какая доля этой частицы устанавливает 1 новую хим. связь, например, для Al+3

f(x) = 1/3

Э(х)= M(x)/3

Массы веществ взаимодействуют пропорционально их эквивалентам, или один эквивалент одного вещества взаимодействует с одним эквивалентом другого вещества.

Закон постоянства состава 1801–1807г Пруст:

Всякое чистое в–во имеет количественный и качественный состав независимо от способов его получения.

Закон кратных соотношений 1803 г. Дальтон:

Если 2 элемента образуют между собой ряд соединений, то масса одного элемента, приходящаяся на одну и ту же массу другого элемента, относятся как небольшие целые числа.

Закон сохранения массы и энергии Эйнштейна (1905 г.)

Е=mc2,

m – масса – мера энергии, Е – мера движения вещества

Девиз: «АТОМ НЕИСЧЕРПАЕМ

ТАК ЖЕ КАК ВСЕЛЕННАЯ»

ЛЕКЦИЯ 2

СТРОЕНИЕ АТОМА

План лекции

1.Строение атома (история вопроса).

2.Значение теории Бора.

3.Энергетические состояния электрона в атоме.

Атом – в переводе с греческого – неделимый. Понятие введено Демокритом как мельчайший кирпичик мироздания (V век до н.э.). Считалось, что атомы неделимы, т.е. не содержат более простых составных частей и не могут превратиться в атом другого элемента.

В конце XIX века установлен ряд фактов, свидетельствую-+98.юбщих о сложном составе атома и о возможности их взаимопревращений.

1896 г. Явление радиоактивности (Р) (radius – луч, с латинского) обнаружил у соединений урана французский физик А.Беккерель.

Р – явление испускания некоторыми элементами излуче-ния, способного проникать через вещества, ионизировать воз-дух, вызывать почернение фотопластинок.

1897 г. Английский физик Дж.Дж.Томсон открыл электрон – элементарную частицу, обладающую наименьшим существую-щим в природе отрицательным электрическим зарядом 1,6–10 -19 Кл. Масса 9,1–10-28 г., в 2000 раз меньше атома водорода.