Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Общая, неорганическая и физическая химия

1. Определение химии и ее основные понятия: атом, молекула, относительные атомная и молекулярная массы, химическое количество вещества, химические элементы, изотопы. Простые и сложные вещества. Понятие о структурных и формульных единица вещества. Чистые вещества и смеси.

Хи́мия — одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их составе и строении, их свойствах, их превращениях, ведущих к изменению состава — химических реакциях, а также о законах и закономерностях, которым эти превращения подчиняются.

Атом -наименьшая частица химического элемента, обладающая всеми его свойствами. Атом состоит из ядра и «облака» электронов вокруг него. Ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Количество протонов в ядре всегда постоянно (совпадает с числом электронов), тогда как количество нейтронов может изменяться (зачастую число нейтронов превышает число протонов). По этой причине существуют атомы, имеющие одинаковый заряд ядра, но различающиеся по массе. Они получили название изотопов. Атомы (точнее, атомные ядра) неделимы химическим путём. Взаимодействуя, атомы могут образовывать молекулы.

Молекула - частица, состоящая из двух или более атомов, которая может самостоятельно существовать. Имеет постоянный качественный и количественный состав. Её свойства зависят от атомов, входящих в её состав, и от характера связей между ними, от молекулярной структуры и от пространственного расположения (изомеры). Может иметь несколько разных состояний и переходить от одного состояния к другому под действием внешних факторов. Свойства вещества, состоящего из определённых молекул, зависят от состояния молекул и от свойств молекулы.

Абсолютные массы атомов и молекул очень малы, однако современные методы исследования позволяют их определять с большой точностью. Так масса атома водорода составляет 1,674·10^–27кг, атома углерода — 1,993·10^–26кг, молекулы воды — 2,990·10^–26 кг. Пользоваться такими величинами в расчетах неудобно. Поэтому в химии используются не абсолютные значения масс, а относительные.

Относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше так называемой атомной единицы массы (а.е.м.).

В качествеатомной единицы массы (а.е.м.) принята 1/12 часть массы атома углерода-12, т.е. изотопа углерода ¹²С.

1 а.е.м. = 1,66·10^–27 кг

Таким образом, относительной атомной массой (или просто атомной массой) элемента называется масса его атома, выраженная в атомных единицах массы (безразмерная величина), обозначается Ar, где индекс r — начальная буква английского слова relative — относительный; иногда этот индекс опускается. Например, относительная атомная масса кислорода:

Ar(O) = m(O) / 1/12 m(C) = 15,999

Это значение относительной атомной массы кислорода приведено в периодической системе элементов.

Поскольку масса молекулы любого вещества слагается из масс образующих ее атомов, то относительной молекулярной массой Mr вещества называется масса его молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Например, относительная молекулярная масса воды равна:

Mr(Н₂О) = m(H₂O) / 1/12 m(C) = 2,990·10^–26/1,66·10^–27 = 18,01

или

Mr(Н₂О) = 2Ar(H) + 1Ar(O) = 2·1 + 1·16 = 18 (относительная молекулярная масса равна сумме произведений относительных атомных масс атомов на их число).

Иными словами, относительные атомная Ar и молекулярная Mr массыпоказывают, во сколько раз массы данного атома и данной молекулы больше 1/12 массы атома изотопа углерода-12.

Наряду с единицами массы и объема в химии применяется также единица количества вещества — моль. Моль — это количество вещества, в котором содержится столько структурных единиц, сколько их находится в 12 г изотопа углерода ¹²С. К структурным единицам относятся атомы, молекулы, ионы и другие частицы, входящие в состав вещества.

Поскольку абсолютную массу атома углерода мы уже знаем, можно рассчитать, сколько атомов углерода содержится в 12 г углерода ¹²С или в 1 моль любого вещества.

N_A = 0,012 / 1,993·10^–26 = 6,02·10²³

Число N_A = 6,02·10²³ называется числом Авогадро. N_A не зависит ни от природы вещества, ни от его агрегатного состояния.

Масса одного моля данного вещества называется его молярной массой. Молярную массу выражают в г/моль или кг/моль. Она равна частному от деления массы вещества (в кг) на его количество (в моль)

М(Х) = m(X) /?(X)

Важно помнить (легко показать), что молярная масса М вещества численно равна его относительной атомной или молекулярной массе.

Следует различать молярную массу М и молекулярную массу Мr, выраженную в а.е.м. Если молярная масса выражена в г/моль, то численные значения их равны. Если же молярная масса выражается в кг/моль, то числовое значение ее в 1000 раз меньше Мr. Например, молекулярная масса серной кислоты H₂SO₄ составляет 98 а.е.м., а ее молярная масса — 98 г/моль, или 98·10^–3кг/моль.

Химический элемент — это вид атомов с определённым положительным зарядом ядра. Все химические элементы указаны в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева; каждому элементу отвечает свой порядковый (атомный) номер в Периодической системе. Значение порядкового номера элемента и значение заряда ядра атома того же элемента совпадают, то есть химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым порядковым номером.

В свободном состоянии химические элементы находятся в виде простых веществ.

Простыми называют вещества, состоящие из атомов одного элемента. Их обозначают химической формулой Э_n, где Э — символ химического элемента; n — число атомов в молекуле.

Среди простых веществ выделяют металлы, составляющие большинство известных элементов, и неметаллы ( водород Н, бор В, углерод С, кремний Si, азот N, фосфор Р, мышьяк As, кислород О, сера S, селен Se, теллур Те, фтор F, хлор Cl, бром Br, йод I, астат At, гелий Hе, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn).

Сложные вещества, или химические соединения, состоят из атомов двух и более элементов.

Сложные вещества часто называют химическими соединениями.

Например, вода состоит из атомов кислорода и водорода, сульфид железа состоит из атомов железа и серы.

Структурная формула – химическая формула, составленная из символов химических элементов и специальных знаков, отражающих строение данного химического вещества, исключая взаимное расположение атомов в пространстве.

В молекуле воды атом кислорода связан простыми (одинарными) связями с двумя атомами водорода, а атомы водорода между собой не связаны. Именно это наглядно показывает структурная формула воды. H-------O------H

Другой пример: молекула серы S₈. В этой молекуле 8 атомов серы образуют восьмичленный цикл, в котором каждый атом серы связан с двумя другими атомами простыми связями.

Структурная формула фосфорной кислоты показывает, что в молекуле этого вещества один из четырех атомов кислорода связан только с атомом фосфора двойной связью, а атом фосфора, в свою очередь, связан еще с тремя атомами кислорода простыми связями. Каждый из этих трех атомов кислорода, кроме того, связан простой связью с одним из трех имеющихся в молекуле атомов водорода.

Немолекулярные вещества не содержат молекул. Для удобства проведения химических расчетов в немолекулярном веществе выделяют так называемую формульную единицу.

Формульная единица – группа атомов, входящих в состав немолекулярного вещества, соответствующая простейшей формуле этого вещества.

Примеры состава формульных единиц некоторых веществ:

1) диоксид кремния (кварцевый песок, кварц) SiO₂ – формульная единица состоит из одного атома кремния и двух атомов кислорода;

2) хлорид натрия (поваренная соль) NaCl – формульная единица состоит из одного атома натрия и одного атома хлора;

3) железо Fe – формульная единица состоит из одного атома железа.

Как и молекула, формульная единица – наименьшая порция вещества, сохраняющая его химические свойства.

В природе вещества встречаются преимущественно в виде смесей Однородным называют такие смеси, в которых даже с помощью микроскопа нельзя обнаружить частицы веществ, входящих в смесь.

Например, растворы сахара или поваренной соли в воде.

Неоднородным называют такие смеси, в которых невооруженным глазом или при помощи микроскопа можно заметить частицы веществ, составляющих смесь.

Для химических лабораторий и промышленности часто требуются чистые вещества. Чистыми называют вещества, которые обладают постоянными физическими свойствами, например, дистиллированная вода. (Практически абсолютно чистые воды не получены.)

Основные способы разделения смесей (очистки веществ):

1. неоднородных

· отстаивание - отстаивание частиц глины в воде. Применяется при очистке питьевой воды.

· фильтрование - применяется при очистке питьевой воды.

· действие магнитом - отделение железа от других веществ.

2. однородных

· выпаривание - выделение поваренной соли из воды солевых озер.

· кристаллизация - производство сахара и др.

· дистилляция - получение дистиллированной воды.

· хроматография - разделение и очистка различных лекарственных веществ и др.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒