ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ


 

Химия - наука о веществах, закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и применении. В настоящее время известно около 47 миллионов индивидуальных веществ, из которых ~ 98% являются органическими, а остальные неорганическими.

Химические явления: одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, при этом состав ядер атомов не изменяется.

Физические явления: меняется физическое состояние веществ (парообразование, плавление, электропроводность, выделение тепла и света, ковкость и др.) или образуются новые вещества с изменением состава ядер атомов.

Вещество – устойчивая совокупность частиц (атомов, ионов или молекул), обладающая определенными химическими и физическими свойствами.

Атом – наименьшая, химически неделимая частица данного элемента, сохраняющая все его химические свойства. Различным элементам соответствуют различные атомы.

Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

Молекулы состоят из атомов. Различным элементам соответствуют различные атомы.

Ион – это частица, образующаяся при отрыве или присоединении электронов к атому или молекуле.

Молекулы атомы и ионы находятся в непрерывном движении; между ними существуют силы притяжения и отталкивания.

Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенным зарядом ядер и строением электронных оболочек. В настоящее время известно 117 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомов вступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, которая подчиняется законам, характерным для микросистем.

Атомное ядро - центральная часть атома, состоящая из Z протонов и N нейтронов, в которой сосредоточена основная масса атомов.

Заряд ядра - положительный, по величине равен количеству протонов в ядре или электронов в нейтральном атоме и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе. Сумма протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A = Z + N.

Изотопы - химические элементы с одинаковыми зарядами ядер, но различными массовыми числами за счет разного числа нейтронов в ядре:

 

Элемент   Cu Cu Cl Cl
Заряд ядра Z      
Массовое число A    

 

 

Химическая формула - это условная запись состава и (или) строения вещества с помощью химических знаков и индексов (формульный индекс - цифра, стоящая справа внизу от символа. Обозначает число атомов в молекуле). Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле. Различают стехиометрические и структурные формулы.

Стехиометрические формулы (формулы состава) отражают качественный и количественный состав веществ, например: СН4, (NH4)2SO4, Na2CO3 · 10H2O.

Различают простейшие (эмпирические) и молекулярные стехиометрические формулы. Первые показывают в каком соотношении находятся атомы элементов в веществе, а вторые – сколько атомов каждого элемента в молекуле вещества, например, простейшая формула щавелевой кислоты – СО2Н, а молекулярная - С2О4Н2.

Структурные формулы (формулы строения) отражают порядок соединения атомов в молекулах или атомных кристаллах. Различают сокращенные и развернутые структурные (графические) формулы, например этилового спирта (С2Н6О):

 

Сокращенные формулы, в которых не указаны атомы водорода и углерода углеводородных фрагментов называются скелетными

Формульная единица (ФЕ) вещества – реальная или условная частица вещества, состав которой определяет ее стехиометрическую формулу. К реальным ФЕ относятся атомы и молекулы. К условным ФЕ относятся группы атомов или ионов, входящих в состав веществ немолекулярного строения

Аллотропия - явление образования химическим элементом нескольких простых веществ, различающихся по строению и свойствам и называемых аллотропными модификациями, например: О2 – кислород, О3 - озон. Простые вещества состоят из атомов одного и того же элемента.

Cложные вещества состоят из атомов различных химических элементов.

Твердые вещества кристаллической структуры имеют различные типы кристаллических решеток. Бывают молекулярные, атомные, ионные и металлические кристаллические решетки. Три последних относятся к веществам немолекулярного строения, и их формульные единицы являются условными частицами. Например, у углерода несколько модификаций (алмаз, графит, карбин), которые различаются различными типами атомных кристаллических решеток, но у всех формульная единица соответствует атому углерода (С). Ионная кристаллическая решетка хлористого натрия состоит из чередующихся анионов хлора (Cl-) и катионов натрия (Na+). Выделить частицу NaCl, являющуюся формульной единицей хлористого натрия можно лишь условно. Кристаллическая решетка оксида кремния (IV) представляет собой чередование химически связанных атомов кремния и кислорода, причем, каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния, а каждый атом кремния – с четырьмя атомами кислорода:

Это атомная кристаллическая решетка. В данном случае формульная единица оксида кремния (IV) соответствует cтехиометрической формуле SiO2.

Международная единица атомных масс равна 1/12 массы атома изотопа 12C - основного изотопа природного углерода.

 

1 а.е.м = 1/12•m (12C) = 1,66057•10-24 г

 

Относительная атомная масса (Ar) - безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1/12 массы атома 12C. Ее значение указано для каждого элемента в таблице периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Средняя абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.

 

Ar(Mg) = 24,312

 

m (Mg) = 24,312 • 1,66057 • 10-24 = 4,037 • 10-23 г

 

Относительная молекулярная масса (Mr) - безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода 12C.

 

Mr = mr / (1/12 mа(12C))

 

mr - масса молекулы данного вещества;

 

mа(12C) - масса атома углерода 12C.

 

Mr = Σ Ar(э). Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом формульных индексов.

 

Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м. Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль.

Количество вещества, моль. Означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов). Обозначается n, измеряется в моль. Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12С. Это количество равно 6,02•1023 и называется числом Авогадро ди Кваренья (обозначается NA).

Так как 1 а.е.м. составляет 1/12 массы атома углерода 12С, то масса количества а.е.м. равное числу Авогадро равна 12 • 1/12 = m (1а.е.м.) • NA = 1,66057•10-24 г • 6,02•1023 = 1 г.

Молярная масса (обозначается М) – это масса одного моля вещества, выраженная в граммах (г/моль).

Очевидно, что молярная масса и относительная молекулярная масса вещества равны по величине, но имеют разные единицы измерения:

М (г/моль) = Mr (безразмерная величина),

так как по определению количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02•1023 (постоянная Авогадро имеет размерность - моль-1) то:

M = NA•m(1 молекула) = NA•Mr•1/12•m (12C) = (NA•1,66057•10-24 г)•Mr = Mr

Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества:

M = m / n

Пример.

Сколько атомов содержится в 2,0013 г гелия?

Молярная масса гелия численно равна относительной атомной, выраженной в граммах – 4,0026 г /моль. Определяем химическое количество вещества в 2,0013 г гелия:

n(Не) = m(Не) / M(Не) = 2,0013г / 4,0026 г/моль = 0,5 моль

Определим число структурных единиц (атомов), используя постоянную Авогадро NA:

N(Не) = n(Не)•NA = 0,5•6,02•1023 = 3,01•1023

Так как молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе, то это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 80 а.е.м. (SO3), то масса одного моля молекул равна 80 г. Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных соотношений к молярным. Все утверждения относительно молекул остаются справедливыми для молей (при замене, в случае необходимости, а.е.м. на граммы). Например, уравнение реакции: 2Na + Cl2 = 2NaCl, означает, что два атома натрия реагируют с одной молекулой хлора или, что одно и то же, два моля натрия реагируют с одним молем хлора.

Заряд одного моля элементарных зарядов (протонов, электронов) называется постоянной Фарадея (F) и равен произведению числа Авогадро на величину элементарного заряда:

F = NA∙ e =6,022•1023 •1,602•10-19 = 9,647 •104 Кл •моль-1



Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 320;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.016 сек.