 |
Эквивалент. Закон эквивалентов. Использование эквивалентов веществ в объемном анализе.
|
|
|
|
Вопрос№1.
Предмет и методы химии как науки. Химизация сельского хозяйства.
Химия изучает состав, свойства и превращения веществ, а также явления, которые сопровождают эти превращения.
Одно из первых определений химии как науки дал великий русский ученый М.В. Ломоносов: «Химическая наука рассматривает свойства и изменения тел… состав тел… объясняет причину того, что с веществами при химических превращениях происходит».
Свое оригинальное и точное определение химии дал другой великий русский химик Д.И. Менделеев в знаменитой книге «Основы химии». По Менделееву, химия – это учение об элементах и их соединениях.
Химия относится к естественным наукам, которые изучают окружающий нас мир. Она тесно связана с другими естественными науками: физикой, биологией, геологией. Многие разделы современной науки возникли на стыке этих наук: физическая химия, геохимия, биохимия. Химия тесно связана также с другими отраслями науки и техники. В ней широко применяются математические методы, используются расчеты и моделирование процессов на элекронно-вычислительных машинах.
В современной химии выделилось много самостоятельных разделов, наиболее важные из которых, кроме отмеченных выше, неорганическая химия, органическая химия, химия полимеров, аналитическая химия, электрохимия, коллоидная химия и другие.
Объектом изучения химии являются вещества. Обычно их подразделяют на смеси и чистые вещества. Среди последних выделяют простые и сложные.
В химии выделяют следующие задачи:
· Освоение океанических источников сырья
· Проблема продовольственного питания
· Создание новых средств борьбы с болезнями растений
|
|
|
· Способы регулировки рождаемости
· Технология получения пищи из сырья не сельскохозяйственного происхождения
· Охрана окружающей среды
· Биохимические процессы
· Новые источники энергии
· Создание новых веществ с заранее заданными свойствами
· Теоретические исследования:
o Механизм химических реакций
o Действие катализаторов
o Процесс роста кристаллов
o Происхождение солнечной системы и вселенной
Роль химии в сельском хозяйстве.
Исключительно большое значение химия имеет в сельском хозяйстве, которое использует минеральные удобрения, средства защиты растений от вредителей, регуляторы роста растений, химические добавки и консерванты к кормам для животных и другие продукты. Использование химических методов в сельском хозяйстве привело к возникновению ряда смежных наук, например, агрохимия и биотехнологии.
Вопрос№2.
Закон сохранения массы вещества М.В. Ломоносова. Закон взаимосвязи массы и энергии А. Эйнштейна. Закон постоянства состава.
Закон сохранения массы вещества впервые сформулировал М.В. Ломоносов. Позднее он экспериментально обосновал этот закон. Современная формулировка закона такова:
Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.
Закон сохранения массы вещества может быть объяснен с точки зрения атомно-молекулярного учения так: при химических реакциях атомы не исчезают и не могут возникнуть из ничего; общее число атомов остается постоянным до и после реакции. Например, при взаимодействии двухатомных молекул водорода и хлора должно образоваться столько молекул HCl, чтобы число атомов водорода и хлора осталось равным двум, т.е. две молекулы:
H2 + Cl2 = 2HCl
И поскольку атомы имеют постоянную массу, не меняется и масса веществ до и после реакции. Закон сохранения массы веществ М.В. Ломоносов связывал с законом сохранения энергии. Он рассматривал эти законы в единстве, как всеобщий закон природы.
|
|
|
Таким образом, законы сохранения массы веществ и сохранения энергии – это две стороны единого закона природы – закона вечности материи и ее движения. Взгляды Ломоносова подтверждены современной наукой. Взаимосвязь массы и энергии выражается уравнением Эйнштейна:
E = mc2
К основным законам химии относится закон постоянства состава:
Всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.
Рассмотрим, например, состав оксида углерода (IV) CO2. Он состоит из углерода и кислорода (качественный состав). Содержание углерода в CO2 27,27%, кислорода – 72,73% (количественный состав). Получить углекислый газ можно многими способами: синтезом из углерода и кислорода, их оксида углерода (II) и кислорода. Во всех случаях чистый оксид углерода (IV) будет иметь приведенный выше состав независимо от способа получения.
Атомно-молекулярное учение позволяет объяснить закон постоянства состава. Поскольку атомы имеют постоянную массу, то и массовый состав вещества в целом постоянен.
Развитие химии показало, что наряду с соединениями постоянного состава существуют соединения переменного состава. Первые названы дальтонидами, вторые – бертоллидами. Состав дальтонидов выражается простыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами, например, H20, HCl, CCl4, CO2. Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическим отношениям. Например, состав оксида урана (IV) обычно выражают формулой UO3. На самом деле он имеет состав от UO2.5 до UO3.
В связи с наличием соединений переменного состава в современную формулировку закона постоянства состава следует внести уточнение.
Состав соединений молекулярной структуры, являются постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с немолекулярной структурой не являются постоянным и зависит от условий получения.
Вопрос№3.
Эквивалент. Закон эквивалентов. Использование эквивалентов веществ в объемном анализе.
Эквивалентом элемента называют такое его количество, которое присоединяет или замещает 1 моль атомов водорода.
|
|
|
Эквивалент выражается в молях.
Масса одного эквивалента элемента называется эквивалентной массой, которая выражается в г/моль. Так, эквивалентная масса водорода ЭН=1г/моль, кислорода ЭО=8г/моль.
Между эквивалентом Э, атомной массой А и стехиометрической валентностью элемента В в данном соединении существует зависимость
Э = А/В.
По этой формуле определяют теоретическое значение эквивалента элемента. Например,
ЭAl=27/3=9; ЭNa=23/1=23.
В отличие от атомной или молекулярной массы химический эквивалент не является постоянной величиной. Если элемент образует несколько соединений, проявляя при этом разную валентность, то эквиваленты будут различными. Например, в оксиде углерода (II) CO стехиометрическая валентность углерода равна 2, а его эквивалент равен 12/2=6; в оксиде углерода (IV) CO2 углерод четырехвалентен и его эквивалент равен 12/4=3. Постоянные значения эквивалентов могут быть только у элементов с постоянной валентностью.
Понятие об эквиваленте имеет большое значение в химии, поскольку с его помощью формулируется один из основных законов химии – закон эквивалентов:
вещества взаимодействуют между собой в количестве, пропорциональных им эквивалентам.
Это означает, что для того, чтобы вещества реагировали без остатка, их надо брать в эквивалентных массах (объемах). Так, например, 9г/моль алюминия без остатка реагируют с 8г/моль кислорода или с 35,5г/моль хлора; 18г/моль алюминия реагируют с 16г/моль кислорода или с 71г/моль хлора.
Вопрос№4.
|
|
|
