ActionTeaser.ru - тизерная реклама

**Основные понятия химии

После краткого экскурса в историю химии мы готовы к тому, чтобы сформулировать некоторые важные понятия химии.
Атом — это наименьшая частица элемента в химических со-единениях [определение Канницаро (I860)]. Современное опреде¬ление атома учитывает его строение.
Атом — это электронейтральная частица, состоящая из поло¬жительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электро¬нов. Частица, состоящая из ядра и электронов и имеющая заряд, называется атомным ионом.
Химический элемент — это вид атомов с определенным за-рядом ядра. Например, элемент кислород включает атомы О, входящие в состав любых кислородных соединений (CuS04, С02, 03 и т. д.). В настоящее время достоверно известны 112 элемен-тов.

1

 

 

 

 

 

2
Последние три элемента были получены в 1994 — 1996 гг. на ускорителе тяжелых ионов в г. Дармштадге (Германия) в количестве всего лишь одного, трех и одного атомов соответственно! Новые элементы образовались при бомбар¬дировке ионами свинцовой и висмутовой мишеней в результате следующих реакций:
Атомы химических элементов взаимодействуют друг с дру-гом и образуют молекулы. Молекула — это наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами [определе-ние Канницаро (I860)].
С современной точки зрения молекула — это наименьшая эле-ктронейтральная замкнутая совокупность атомов, образующих определенную структуру с помощью химических связей. Слово «замкнутая» в данном определении означает, что атомы в моле-куле взаимодействуют друг с другом и не взаимодействуют с атомами других молекул. Система взаимодействующих атомов, имеющая заряд, называется молекулярным ионом.
Индивидуальные молекулы существуют только в газовой фа-зе. Например, пары воды состоят из молекул Н20, которые отделены друг от друга значительными расстояниями и химичес-ки не взаимодействуют. В жидкой воде или во льду между молекулами Н20 образуются водородные связи, которые связы-вают их в агрегаты. Поэтому частица Н20 уже не является замкнутой системой и не может считаться молекулой (подробнее об агрегатных состояниях см. гл. 4).
Вещество — это любая совокупность атомов и молекул. Ве-щества бывают простые и сложные. В состав простых веществ входят атомы только одного элемента. Сложные вещества, или химические соединения, содержат атомы нескольких элементов.
Очень важно различать понятия «химический элемент» и «простое вещество». Например, углерод как простое вещество характеризуется определенными физическими и химическими свойствами. Углерод как химический элемент — это просто вид атомов с зарядом ядра +6, которые могут входить в состав простых веществ (графит, алмаз и др.) или сложных веществ (сода, углекислый газ, уксусная кислота).
Многие элементы образуют несколько простых веществ, раз-личающихся составом или строением. Это явление называется аллотропией, а соответствующие простые вещества — аллотроп¬ными модификациями элемента. В качестве примера можно при¬вести элемент кислород, который имеет две аллотропные моди¬фикации — кислород 02 и озон 03, и элемент углерод, который образует четыре Простых вещества — алмаз, графит, карбин и фуллерен С6о-
Современные химические символы ввел шведский химик Й. Берцелиус, который предложил обозначать элемент первой буквой его латинского названия. Если эта буква уже занята другим элементом, то добавляется вторая буква. Так, углерод, известный человеку с незапамятных времен, обозначается буквой С (Carboneum), а кальций и хлор, открытые намного по-зже,— двумя буквами, Са (Calcium) и CI (Chlorum) соответ-ственно.
Состав химических соединений обозначается с помощью хи-мических формул, которые состоят из символов элементов и под¬строчных индексов, указывающих число атомов данного элемен¬та в составе молекулы. Химические формулы газообразных ве¬ществ отражают состав молекулы (например, Н2, N2, СОС12, Оэ), а формулы твердых и жидких веществ, как правило, описывают простейшее соотношение числа атомов элементов (CaS, С, Н20), поскольку для таких веществ понятие молекулы является неоп¬ределенным. Формулы, отражающие состав молекул, называют молекулярными (истинными), а простейшее соотношение числа атомов — эмпирическими или простейшими. Так, например, пе- роксид водорода, в состав молекулы которого входят два атома водорода и два атома кислорода, описывается молекулярной формулой Н202 и простейшей формулой НО, означающей, что числа атомов водорода и кислорода в любом образце пероксида водорода одинаковы.
Молекулы можно изображать также с помощью структурных (графических) формул, которые отражают порядок соединения атомов в молекуле с учетом кратности связей.
Структурные формулы обычно не отражают истинные углы между связями и расстояния между атомами. Например, струк-турная формула пропана, которую обычно записывают в виде
СНз — СН2 — СНз
показывает только то, что все связи углерод — углерод в молеку-ле одинарные. Однако угол между связями С — С, который в данной формуле выглядит равным 180°, на самом деле равен 109,5°. Поэтому нужно иметь в виду, что структурные формулы не всегда, а достаточно редко отражают геометрическую струк-туру молекулы.
Превращения веществ, сопровождающиеся изменением их со¬става и (или) строения, называются химическими реакциями.
Наиболее характерные признаки химической реакции: выделе¬ние газа, образование осадка, изменение окраски, выделение или поглощение теплоты. Более детально особенности протекания химических реакций рассмотрены в гл. 10.
При химических реакциях ядра атомов остаются неизмен-ными и число атомов каждого элемента сохраняется. Химические реакции записываются посредством химических уравнений и схем, содержащих молекулярные формулы исходных веществ и про¬дуктов реакции. В химических уравнениях, в отличие от схем, число атомов каждого элемента одинаково в левой и правой частях, что отражает закон сохранения массы. Так, например, окисление толуола в бензойную кислоту можно описать схемой, отражающей основные реагенты (исходные вещества) и продукты реакции:
[О]
СбН5СН3 — СбН5СООН
или уравнением, описывающим отношения количеств реагиру-ющих веществ. Уравнение реакции окисления толуола кислым раствором перманганата калия: 16
5С6Н5СН3 + 6KMn04 + 9H2S04 = 5СбН5СООН 4- 3K2S04+6MnS04+14H20
означает, что для окисления 5 молекул толуола необходимы 6 молекул перманганата калия и 9 молекул серной кислоты. Коэффициенты перед формулами веществ в химических уравне-ниях называют стехиометрическими коэффициентами.
Массы атомов и молекул очень малы, поэтому для их измере¬ния удобно выбрать массу одного из атомов за единицу и выра¬жать массы остальных атомов относительно нее. Именно так и поступал основоположник атомной теории Дж. Дальтон, кото¬рый составил таблицу атомных масс, приняв массу атома водо¬рода за единицу.


В настоящее время в физике и химии принята система измере-ния, основанная на массе атома углерода. Атомная единица массы равна 1/12 массы атома изотопа углерода С в 12 степени

6 8
Относительная атомная масса элемента (обозначается АТ) — это безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента к 1/12 массы атома 12С. При расчете относитель¬ной атомной массы учитывается распространенность изотопов элементов в земной коре. Например, хлор имеет два изотопа: 35С1 (75,5%) и 37С1 (24,5%). Относительная атомная масса хлора равна

Из определения относительной атомной массы следует, что средняя абсолютная масса атома равна относительной атомной массе, умноженной на 1 а.е.м.:

4
Относительная молекулярная масса вещества (обозначается МТ) — это безразмерная величина, равная отношению массы мо¬лекулы вещества к 1/12 массы атома 12С. Относительная молеку¬лярная масса равна сумме относительных масс атомов, входящих в состав молекулы, например:
Мт (N20)=2 -Ат (N)+Ат (О)=2 • 14,0067 + 15,9994 = 44,0128.
Абсолютная масса молекулы равна относительной молекуляр-ной массе, умноженной на а.е.м.

6 9
Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества исполь¬зуют специальную единицу измерения — моль.
Моль — это количество вещества, которое содержит столько же частиц (молекул, атомов, ионов, электронов), сколько атомов углерода содержится в 12 г изотопа 12С. Масса одного атома 12С равна 12 а.е.м. (по определению а.е.м.), поэтому число атомов в 12 г изотопа 12С равно:

10
Таким образом, один моль вещества содержит 6,0221 • 1023 ча-стиц этого вещества.
Физическая величина NA называется постоянной Авогадро (другое название — число Авогадро) и имеет размерность [JVa] = =моль-1.
Молярная масса (обозначается М) — это масса одного моля вещества. Легко показать, что числовые значения молярной мас¬сы М и относительной молекулярной массы МТ равны, однако первая величина имеет размерность [М\=г/моль, а вторая без¬размерна:
* M=NA’m(молекулы)=NA• Мт• 1 а.е.м. = (NA• 1 а.е.м.)1 Мг=Мт.
Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например 44 а.е.м., то масса одного моля молекул равна 44 г.
Число молей вещества (v), содержащееся в образце массой m (г), определяется по формуле

11
Если образец содержит N частиц вещества, то количество вещест¬ва (в молях) в этом образце можно определить по формуле
V = N/NA.

Other Posts

Рубрики: Новости

Комментарии

No Комментарии

Leave a reply

Тизерная сеть GlobalTeaser