Атомы и молекулы. Разделы химии

Каждое вещество на Земле построено из атомов и молекул. Чтобы понять, почему вещество является именно таким и почему при определенных условиях оно ведет себя именно так, а не иначе, химики изучают свойства атомов различных элементов, а также их соединений, на основе чего формулируют законы, помогающие описать природу материи.

Что такое атом. Атом - это мельчайшая частица любого элемента, которая может принимать участие в химической реакции. Он состоит из положительно заряженного центрального ядра (см. внизу), окруженного вращающимися по орбиталям, или энергетическим уровням, отрицательно заряженными электронами.

Электронные оболочки. Электроны вращаются вокруг ядра по орбиталям, расположенным слоями. На самом внутреннем энергетическом уровне располагается 2 электрона максимум, на следующем - до 8, на третьем - до 18 и т.д. Химические свойства атома определяются в основном тем, каким образом заполнен внешний энергетический уровень.

Ядро. Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре, которое состоит из протонов и нейтронов. Протоны заряжены положительно, а нейтроны электрически нейтральны. Любой элемент определяется по количеству протонов в ядрах его атомов, что называется атомным номером.

Электроны. Ядро окружено вращающимися по орбиталям электронами - мельчайшими отрицательно заряженными частицами. Для нейтрального атома любого элемента число электронов на орбиталях равно числу протонов. Среди всех электронов атома есть такие, которые определяют химическое поведение атомов, когда последние соединяются, т.е. образуют связь путем объединения или переноса электронов (см. с. 380).

Ионы. Ион - это электрически заряженный атом или их группа. В обычном состоянии атом нейтрален, но в ходе химических реакций электроны могут переходить от атома к атому так, что атом приобретает общий положительный или отрицательный заряд, образуя положительный или отрицательный ион. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные – анионами.

Химия подразделяется на ряд дисциплин:
- Аналитическая химия разрабатывает и использует методики точного определения, какие элементы присутствуют в веществе, в каких пропорциях и комбинациях. Биохимия изучает химические процессы в живых организмах.

- Неорганическая химия изучает свойства элементов и все их соединения, кроме органических соединений углерода.

- Органическая химия изучает разнообразные соединения углерода. Все живые организмы состоят из молекул, содержащих углерод.

- Прикладная химия занимается практическим приложением химических знаний и методов в сельском хозяйстве, промышленности, медицине и других производственных отраслях.

- Структурная химия изучает организацию атомов в молекуле и типы связей между ними.

- Физическая химия имеет дело с физическими эффектами химических структур, в частности со скоростями реакций и изменениями энергии.

- Химия полимеров занимается веществами, построенными из длинных молекул с повторяющимися звеньями. Биополимеры, например, включают молекулы ДНК и белков, а большинство пластмасс - это синтетические полимеры.

Что такое молекула. Многие вещества построены из молекул, которые состоят из двух и более атомов: одного и того же или различных элементов, соединенных вместе. Связи, объединяющие атомы в молекуле, образуются электронами, которые "Обобществляются» атомами. Молекула - это мельчайшая часть вещества, сохраняющая его сущность.

Молекула воды, например, состоит из одного атома кислорода, соединенного с двумя атомами водорода. Если ее разделить на составные атомы, она потеряет свойства воды.

Любое вещество можно представить его химической формулой, в которой отражены пропорции атомов различных элементов, составляющих молекулу. Так, формула Н₂0 говорит нам, что необходимо наличие двух атомов водорода у каждого атома кислорода, чтобы получить молекулу воды. Подобным образом формула серной кислоты H₂S0₄ означает, что серная кислота содержит водород, серу и кислород в соотношении 2:1:4.