Глава 6. Основы химии

Основные понятия и законы химии

Химия — это естественная наука, изучающая состав, свойства и химические превращения веществ.

Атом — электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящих из ядра (образованного протонами и нейтронами) и элек­тронов. Всю совокупность атомов можно классифицировать по заряду ядра. Совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра называется химическим элементом.

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента с разной атомной массой, но одинаковым зарядом ядра. Ядра таких элементов содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Например, изотопами водорода являются: H¹ (атомная масса равна 1, в ядре имеется протон, нейтроны отсутствуют), D² (дейтерий, атомная масса равна 2, в ядре имеется протон и нейтрон), T³ (тритий, атомная масса равна 3, в ядре имеется протон и 2 нейтрона).

Молекула — это наимень­шая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекула — это электронейтральная наименьшая совокупность атомов, образующих определенную структуру посредством химических связей. Атомы элементов не меняются в результате химического процесса. Молеку­лы при любой химической реакции изменяются.

Моль – единица количества вещества, содержащая столько же единиц данного вещества, сколько атомов содержится в 12 г углерода (число Авогадро – 6,02·10²³)

Химическая формула отражает состав (структуру) вещества. Молекулярная формула указывает число атомов каждого элемента в молекуле. Структурная (графическая) формула отражает порядок соединения атомов в молекуле и число связей между ато­мами.

Химическая реакция — превращение веществ, сопровождающееся измене­нием их состава и (или) строения. Схема реакции — запись с помощью фор­мул исходных веществ и продуктов реакции.

Валентность — это свойство атома данного элемента образовывать хи­мические связи с другими атомами. Она определяется числом неспаренных электронов, неподеленных электронных пар и свободных орбиталей валент­ного уровня.

Закон сохранения массы веществ (М.В. Ломоносов, 1748 г.; А. Лавуазье, 1777 г.): масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, полу­чившихся в результате реакции.

Закон постоянства состава (Ж.Л. Пруст, 1801 г.): каждое чистое соедине­ние независимо от способа его получения всегда имеет один и тот же состав.

Закон кратных отношений (Дж. Дальтон, 1803 г.): если два элемента могут образовывать между собой несколько соединений, то массовые доли любого из элементов в этих соединениях относятся друг к другу как неболь­шие целые числа.

Закон Авогадро (А. Авогадро, 1811 г.): в равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одно и то же число мо­лекул. В частности, при нормальных условиях — при температуре 273 К (0 °С) и давлении 101,325 кПа (1 атм., или 760 мм рт. ст.) — любой газ, количество которого равно 1 моль, занимает объем 22,4 л. Этот объем назы­вается молярным объемом при нормальных условиях.

Учение о строении атома сыграло колоссальную роль в химии и физике XIX века. На основе атомной модели вскрыты глубинные принципы периодического изменения свойств химических элементов и развита теория Периоди­ческой системы Д.И. Менделеева. Решающее значение здесь имело установление закономерностей формирования электронных конфигураций (оболочек) по мере роста за­ряда атомного ядра. Современная формулировка периоди­ческого закона Д.И. Менделеева такова: свойства хими­ческих элементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.

Периодический закон и Периодическая система элемен­тов Д.И. Менделеева позволили химии стать истинной наукой. Химия перестала быть описательной, эк­спериментальной научной дисциплиной. С открытием пе­риодического закона в ней стало возможным научное пред­видение. Периодический закон и Периодическая система ускорили развитие учения о строении атома, что привело к открытию атомной энергии и использованию ее для нужд человечества. Периодический закон сыграл решающую роль в развитии ряда смежных с химией естественных наук.