Лекция 1 Атомно-молекулярное учение Основные законы химии

Лекция № 1 Атомно-молекулярное учение. Основные законы химии. Понятие об эквиваленте веществ.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОГО УЧЕНИЯ • Левкип(500— 440 до н. э. ) - материальный мир дискретен, он состоит из мельчайших частиц и пустоты; • Демокрит (460— 370 до н. э. ) - назвал мельчайшие частицы “неделимые”, что по-гречески значит “атом. Демокрит, развил новое учение — “атомистику”, приписал атомам такие “современные” свойства, как размер и форму, способность к движению; • Эпикур (342— 270 до н. э. ) - предположил, что у атомов существует внутренний источник движения и они сами способнывзаимодействовать друг с другом. Прошло 20 веков…… • французский философ Пьера Гассенди (1592— 1655 гг. ) восстановил и собрал воедино забытые концепции древнегреческих философов, которые он подробно изложил в своих трудах ; • Р. Бойлем (1627— 1691 гг. ) установил фундаментальную закономерность, описывающую изменения объема газа от его давления.

Закон эквивалентов 4. Закон эквивалентов В. Рихтер, 1792— 1794 гг. Все вещества реагируют и образуются в эквивалентных соотношениях. Эквивалентное соотношение означает одинаковое число моль эквивалентов. Рассмотрим реакцию, записанную в общем виде: a. A + b. B = c. C + d. D, где A, B – реагенты, C, D – продуты, а, b, c, d – стехиометрические коэффициенты; справедливо равенство: n(1/z А) = n(1/z B) = n(1/z С) = n(1/z D. Это выражение является математической записью закона эквивалентов. Число моль эквивалентов вещества можно рассчитать через массу т(В) вещества В: n(1/z B) = m(B)/M(1/z. B) или объем V(B) газообразного вещества В: n(1/z B) =V(B)/V(1/z B) Закон эквивалентов дает возможность производить расчеты без уравнения реакции.

Пример: Молярная масса эквивалента некоторого металла равна 12 г/моль. Какая масса этого металла прореагировала с кислотой, если при этом выделилось 1150 мл водорода (н. у. )? По закону эквивалентов число моль эквивалентов прореагировавшего металла и водорода одинаково: n(1/z Ме) = n(1/z Н 2). Выразим число моль эквивалентов металла через отношение масс, а для водорода – через отношение объемов: = Молярный объем эквивалента водорода известен V(1/2 Н 2) = 11. 2 л/моль. Таким образом, в реакции с кислотой прореагировало металла m(Me) = 1. 23 г. Ответ: 1. 23 г.

Пример 2: В оксиде некоторого элемента массовая доля кислорода составляет 20 %. Рассчитайте молярную массу эквивалента элемента и его оксида. Закон эквивалентов для такой реакции окисления можно записать как: n(1/z элемента) = n(1/z О 2) = n(1/z оксида); Удобно принять массу оксида за 100 г (100%). Тогда, в 100 г оксида содержится 20 г кислорода и 80 г элемента: = Молярная масса эквивалента элемента равна М(1/z элемента) = 32 г/моль. Отсюда молярная масса эквивалента оксида составляет: М(1/zоксида) = М(1/z элемента) + 8 = 32 + 8 = 40 г/моль. Ответ: 32 г/моль; 40 г/моль.

Эквивалент – это реальная или условная частица, которая в кислотноосновных реакциях присоединяет (или отдает) один ион Н+ или ОН–, в окислительно-восстановительных реакциях принимает (или отдает) один электрон, реагирует с одним атомом водорода или с одним эквивалентом другого вещества. Например, рассмотрим следующую реакцию: H 3 PO 4 + 2 KOH = K 2 HPO 4 + 2 H 2 O. В ходе этой реакции только два атома водорода замещаются на атомы калия, иначе, в реакцию вступают два иона Н+ (кислота проявляет основность 2). Тогда по определению эквивалентом H 3 PO 4 будет являться условная частица 1/2 H 3 PO 4, т. к. если одна молекула H 3 PO 4 предоставляет два иона Н+, то один ион Н+ дает половина молекулы H 3 PO 4. Число, показывающее, какая часть молекулы или другой частицы вещества соответствует эквиваленту, называется фактором эквивалентности (f. Э). Фактор эквивалентности – это безразмерная величина, которая меньше, либо равна 1. В примере, рассмотренном выше, фактор эквивалентности для кислоты, соответственно, равен 1/2, а для щелочи КОН равен 1.

Между H 3 PO 4 и КОН также могут происходить и другие реакции. При этом кислота будет иметь разные значения фактора эквивалентности: H 3 PO 4 + 3 KOH = K 3 PO 4 + 3 H 2 O f. Э(H 3 PO 4) = 1/3 H 3 PO 4 + KOH = KН 2 PO 4 + H 2 O f. Э(H 3 PO 4) = 1. Следует учитывать, что эквивалент одного и того же вещества может меняться в зависимости от того, в какую реакцию оно вступает. Эквивалент элемента также может быть различным в зависимости от вида соединения, в состав которого он входит. Эквивалентом может являться как сама молекула или какая-либо другая формульная единица вещества, так и ее часть. На основе законов эквивалентов можно вывести следующие формулы для вычисления эквивалентных масс сложных веществ – оксидов, кислот, оснований и солей: Мэ (кислоты)=М(кислоты) / основность; Мэ (основания)=М(основания) / кислотность; Мэ(соли)=М(соли) / Валентность(Ме) · кол-во атомов (Ме); Мэ(оксида)=М(оксида)/ Валентность(Ме) · кол-во атомов (Ме).

5. Закон Авогадро - в равных объемах различных газов при постоянных температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Из Закона Авогадро выводится 2 следствия: Следствие 1: Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объем. В частности, при нормальных условиях (T=0 °C (273 К) и p=101, 3 к. Па) объём 1 моля газа, равен 22, 4 л. Этот объём называют молярным объёмом газа Vm. Пересчитать эту величину на другие температуру и давление можно с помощью 6. уравнения Менделеева-Клайперона: , где Р – давление; Vm – молярный объем; m – масса; R = 8, 31 - универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура.

Из Уравнения Менделеева-Клапейрона выводятся еще 3 закона: Закон Шарля : Закон Гей-Люссака : Закон Боля-Мариотта : Следствие 2 : Отношение масс одинаковых объемов двух газов есть величина постоянная для данных газов. Эта постоянная величина называется относительной плотностью газов и обозначается D. Так как молярные объемы всех газов одинаковы (1 -е следствие закона Авогадро), то отношение молярных масс любой пары газов также равна этой постоянной: , где — D - Относительная плотность газа; М – молярные массы

Основные положения атомно-молекулярного учения Существуют вещества с молекулярным и немолекулярным строением. * Между молекулами имеются промежутки, размеры которых зависят от агрегатного состояния вещества и температуры. Наибольшие расстояния имеются между молекулами газов. Этим объясняется их легкая сжимаемость. Труднее сжимаются жидкости, где промежутки между молекулами значительно меньше. В твердых веществах промежутки между молекулами еще меньше, поэтому они почти не сжимаются. * Молекулы находятся в непрерывном движении. Скорость движения молекул зависит от температуры. С повышением температуры скорость движения молекул возрастает. * Между молекулами существуют силы взаимного притяжения и отталкивания. В наибольшей степени эти силы выражены в твердых веществах, в наименьшей — в газах. * Молекулы состоят из атомов, которые, как и молекулы, находятся в непрерывном движении. * Атомы одного вида отличаются от атомов другого вида массой и свойствами. * При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических, как правило, разрушаются. * У веществ с молекулярным строением в твердом состоянии в узлах кристаллических решето находятся молекулы. Связи между молекулами, расположенными в узлах кристаллической решетки, слабые и при нагревании разрываются. Поэтому вещества с молекулярным строением, как правило, имеют низкие температуры плавления. * У веществ с немолекулярным строением в узлах кристаллических решеток находятся атомы или другие частицы. Между этими частицами существуют сильные химические связи, для разрушения которых требуется много энергии. Поэтому вещества с немолекулярным строением имеют высокие температуры плавления.