Введение Основные законы и понятия химии 13 09

Введение. Основные законы и понятия химии 13. 09. 2012

Темы для самостоятельного изучения 1. 2. 3. Метод валентных связей Зонная теория кристаллов. Металлические, ковалентные, ионные, молекулярные кристаллы. Растворы. Твердые, жидкие и газовые растворы. Способы выражения концентраций растворов. Рекомендуемая литература 1. Н. С. Ахметов. Общая и неорганическая химия. 7 -ое изд. -М. : Высшая школа. , 2006 -743 с. 2. Глинка Н. Л. Общая химия (любое издание).

Основные понятия химии

Основные понятия химии • Вещество – вид материи (или формы материи), дискретные частицы которой обладают конечной массой покоя, т. е. массой частиц в неподвижном состоянии. • К веществу относятся многие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны и др. ), а также образованные из них ядра атомов, атомы, молекулы, ионы, кристаллы и др. • Скорость движения в пространстве частиц, представляющих вещество, не может достигать скорости света (с=3. 00· 108 м/с). • Всем частицам вещества, например, электронам, присущи не только корпускулярные, но и волновые свойства.

Основные понятия химии • Поля формы материи, дискретные частицы (кванты) которых не имеют массы покоя. • Так, электромагнитным полям соответствуют дискретные частицы – фотоны, гравитационным полям – гравитоны (гипотетические частицы). • Масса покоя фотонов и гравитонов равна нулю, т. к. невозможно найти систему отсчета, в которой эти частицы покоятся. Их скорость равна скорости света. • Частицы поля и вещества находятся в неразрывной связи друг с другом. Например, электромагнитное поле осуществляет взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Основные понятия Вещество - это конкретный вид материи, обладающий определенными физическими и химическими свойствами, состав которого может быть выражен химической формулой Вещество-форма материи, в отличие от поля, обладающая, массой покоя Каждому веществу присущ набор специфических свойств — объективных характеристик, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позволяют отличить его от всех других веществ. К наиболее характерным физико-химическим свойствам относятся константы — плотность, температура плавления, температура кипения, термодинамические характеристики, параметры кристаллической структуры. К основным характеристикам вещества принадлежат его химические свойства.

Предмет и назначение химии

Основные понятия химии Химия – наука о веществах и их превращениях (химических реакциях), сопровождающихся изменением состава и структуры веществ. Химия – наука о превращениях веществ, связанных с изменением электронного окружения атомных ядер

Основные понятия химии Химический элемент– есть вещество, которое не может разлагаться при химических реакциях на более простые вещества. Их обозначают символами: H, N, O, S, Fe и т. д. Каждый элемент состоит из одного вида атомов, характеризующихся одинаковым зарядом ядра. Химические реакции не приводят к переходу одного элемента в другой. Такие превращения протекают в ходе ядерных реакций. Химические элементы входят в состав простых веществ и соединений. Химический элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Основные понятия химии • Химический элемент (E) – совокупность атомов с определенным зарядом ядра Z, который равен числу содержащихся в ядре протонов. • Число Z определяет также порядковый номер элемента в периодической системе химических элементов.

Карточка химического элемента 1 — обозначение химического элемента. 2 — русское название. 3 — порядковый номер химического элемента, равный количеству протонов в атоме. 4 — атомная масса. 5 — распределение электронов по энергетическим уровням. 6 — электронная конфигурация.

Распространённость химических элементов в природе • Распространённость химических элементов в земной коре. (Числа отвечают массовому содержанию элементов (в %)

Основные понятия химии. Химическая эволюция материи Одно из основных понятий химии и естественных наук Атом Левкипп, Демокрит Идея о дискретном строении материи Введение понятия атом Средневековье - алхимия Господство теории Аристотеля Начала природы – абстрактные «принципы» Земля воздух Элементы стихии Огонь Вода Холод Тепло Сухость Влажность

Начало XX столетия, Джон Дальтон Вновь вводит понятие атом Р. Бойль, книга «Химик-скептик» Дж. Пристли, К. В. Шееле (открытие кислорода) Г. Кавендыш (открытие водорода) А. Л. Лавуазье (попытка составить первую таблицу простых веществ) М. В. Ломоносов (основные положения атомно-молекулярного учения Ж. Л. Пруст (закон постоянства состава) Начало 20 -го века – открытия в области физики Атом не является наименьшей частицей материи

Атомно-молекулярная теория (М. В. Ломоносов, 1741 г. ) 1. Все вещества состоят из молекул. Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая всеми его свойствами. 2. Молекулы состоят из атомов. Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его свойства. Различным элементам соответствуют различные атомы. 3. Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении; между ними существуют силы притяжения и отталкивания. 4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ- из различных атомов.

Современное определение атома Атом представляет собой электронейтральную микросистему, состоящую из положительно заряженного ядра и соответствующего числа электронов Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Химический элемент – это понятие, а не материальная частица

Основные понятия химии • Атом- наименьшая химически не делимая частица элемента, сохраняющая его химические свойства. • Атом может существовать как в свободном состоянии ( «изолированный атом» ), так и в соединении с другими атомами, образуя молекулы (в том числе полимерные), ионы, радикалы, кристаллы.

Основные понятия химии • Атом является наименьшей частицей химического элемента, носителем его свойств. • Молекула – нейтральная микрочас тица, образованная из двух или большего числа атомов и способная к самостоятельному существованию.

Основные понятия Электрон [др. греч. ηλεκτρον – янтарь (хорошо электризуется при трении)] – стабильная элементарная частица, имеющая массу покоя, равную 9, 109 ⋅ 10– 31 кг = 5, 486 ⋅ 10– 4 а. е. м. , и несущая элементарный отрицательный заряд, равный 1, 6 ⋅ 10– 19 Кл. Заряд электрона принимают за – 1 и заряды всех остальных частиц выражают в этих единицах. Электроны входят в состав всех атомов Протон (греч. πρωτοσ – первый) – элементарная частица, являющаяся составной частью ядер атомов всех химических элементов, обладает массой покоя mp =1, 672 ⋅ 10– 27 кг = 1, 007 а. е. м. и элементарным положительным электрическим зарядом, равным по величине заряду электрона, т. е. 1, 6 ⋅ 10– 19 Кл. определяет порядковый номер химического элемента Число протонов в ядре Порядковый N элемента

Нейтрон (лат. neutrum – ни то, ни другое) – электрически нейтральная элементарная частица с массой покоя, несколько превышающей массу покоя протона mn = 1, 675 ⋅ 10– 27 кг = 1, 009 а. е. м. Наряду с протоном нейтрон входит в состав всех атомных ядер (за исключением ядра изотопа водорода 1 Н) Некоторые характеристики элементарных частиц, входящих в состав атома

Число протонов (р) Массовое число (А) + Число нейтронов (N) Нуклиды (лат. nucleus – ядро) – общее название атомных ядер, Характеризующихся определенным числом протонов и нейтронов (величиной положительного заряда и массовым числом).

Основные понятия химии Простые вещества – состоят из химически связанных атомов одного химического элемента. Некоторые химические элементы способны образовывать по нескольку простых веществ, различающихся строением и свойствами. Например, для серы известны простые вещества, построенные из молекул S 8, S 6 и др. Соединения (сложные вещества) , которые являются результатом химического соединения атомов двух или более элементов. Многие соединения составлены из молекул. Состав молекул выражается химическими формулами.

Основные понятия химии Изотопы (греч. ισοζ – одинаковый + τοποζ – место) – нуклиды, имеющие одинаковое число протонов, но различающиеся массовыми числами Изотопы – нуклиды, занимающие одно и то же место в Периодической системе, т. е. атомы одного и того же химического элемента. Например: 2211 Na, 2311 Na , 2411 Na – изотопы натрия.

Изобары (греч. ιζο – равный + βαροσ – вес) – нуклиды, имеющие одинаковые массовые числа, но различное число протонов (т. е. относящиеся к различным химическим элементам), например, 90 Sr, 90 Y, 90 Zr. Изотоны – нуклиды с одинаковым числом нейтронов. 1811 г. А. Авогадро, понятие молекулы в 1860 г. , Карлсруэ (Германия), первый международный съезд химиков молекула стала пониматься как мельчайшая частица вещества, участвующая в его химических превращениях Молекула (уменьшительное от лат. moles – масса) – это наименьшая частица вещества, определяющая его свойства. Состоит из атомов одного или нескольких химических элементов и существует как единая система атомных ядер и электронов.

Возможность образования двух и более видов молекул, содержащих различное число атомов Кислород. Образует две аллотропные формы: O 2 и O 3 – озон. Фосфор. Известны две аллотропные формы фосфора: белая (Р 4) Черная и красная (Рn)

Аллотрoпия (греч. αλλοσ – другой + τροπε – поворот) – способность химического элемента существовать в виде двух или нескольких простых веществ, отличающихся количеством атомов в молекуле (например, O 2 и O 3) или разной структурой кристаллов (графит и алмаз). Аллотропия углерода Аллотропия относится только к простым Веществам и рассматривает как различие В составе их молекул, так и различие в строении кристаллических решеток.

Сера и ее модификации • Для каждой аллотропной (или полиморфной) формы существует свой определенный интервал Т и р, где эта модификация устойчива. Например, при Т до 95, 6°С устойчива ромбическая сера (α-форма), а при более высокой температуре – моноклинная (β- форма). Эти две аллотропные формы отличаются друг от друга строением кристаллических решеток. •

Изоморфизм (греч. ιζο – равный, подобный + μορϕε – форма) – способность сходных по составу веществ образовывать смешанные кристаллы, в которых близкие по размеру атомы, ионы или атомные группировки случайным образом замещают друга. Например В кристаллах алюмокалиевых квасцов KAl(SO 4)2 ⋅ 12 H 2 O ионы калия могут быть замещены ионами рубидия или аммония, а ионы Al 3+ ионами Cr 3+ или Fe 3+ К+ изоморфны Rb+ или NH 4+, а Al 3+ изоморфны Cr 3+ или Fe 3+

Количественные соотношения в химии • для выражения масс атомов и молекул используют единицу измерения – атомную единицу массы (а. е. м. ). За атомную единицу массы принята 1 / 12 массы нуклида углерода 12 C. Масса нуклида в единицах СИ = 1, 9927 ⋅ 10– 26 кг. Относительная атомная масса Ar (устаревший термин – атомный вес) – масса атома, выраженная в атомных единицах массы (а. е. м. ). За относительную атомную массу элемента принимают среднее значение относительной атомной массы природной смеси его изотопов с учетом их содержания в земных условиях. Именно эти значения и приведены в Периодической системе.

Например, кислород имеет три изотопа 16 O, 17 O и 18 O Среднее значение атомной массы: масса атома, выраженная в а. е. м. Дробная величина атомная масса и массовое число – совершенно различные понятия Число нуклонов В ядре Всегда целое число

Молекулярная масса – масса молекулы, выраженная в а. е. м. Моль (ν)– единица измерения количества вещества. 1 моль – это такое количество вещества, в котором содержится столько же структурных единиц (атомов, молекул, ионов, радикалов), сколько атомов содержится в 0, 012 кг изотопа углерода 12 C, а именно – NA = 6, 022 ⋅ 1023 моль– 1 Молярная масса вещества (М) равна отношению массы этого вещества (m) к его количеству (ν) , выражается в г/моль

Массовая доля вещества A в системе – отношение его массы к массе всей системы (часто эту величину выражают в %): Объемная доля компонента – отношение объема компонента к объему всей системы: Мольная доля компонента – отношение количества вещества (моль) компонента A к общему количеству молей всех компонентов системы:

1 Закон сохранения энергии –энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, но отдельные ее виды могут переходить друг в друга в строго определенных эквивалентных соотношениях 2 Закон сохранения массы (М. В. Ломоносов, 1748 г. ) – масса всех веществ, вступивших в реакцию, равна массе всех продуктов реакции. в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка. Так как число атомов до реакции и после остается неизменным, то их общая масса также не изменяется 3 Закон постоянства состава (Пруст, 1806 г. ) – каждое химическое соединение имеет вполне определенный и постоянный состав. следствие из этого закона: состав химического соединения не зависит от способа его получения. бертоллиды дальтониды

4 Закон кратных отношений (Дальтон) – если два элемента обр-ют между собой несколько соединений, то массовые количества одного элемента, соединяющиеся с одним и тем же массовым кол-вом другого, относятся между собой как небольшие целые числа. 5 Закон Авогадро (1811 г. ) – в равных объемах различных идеальных газов при одинаковых условиях (Т и р) содержится одинаковое число молекул. Следствия из закона Авогадро 1 1 моль любого идеального газа при одинаковых условиях (Т и Р) занимает один и тот же объем 2 Плотности идеальных газов при одинаковых условиях (Т и Р) прямо пропорциональны их молярным массам:

Для газов вводят понятие относительной плотности одного газа по другому. DA(X) – относительная плотность газа Х по газу А:

Закон Авогадро ди Кваренья (1811 г. ) • В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура, давление и т. д. ) содержится одинаковое число молекул. • • • Закон справедлив только для газообразных веществ. Следствия. 1. Одно и то же число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковые объемы. 2. При нормальных условиях (0°C = 273°К , 1 атм = 101, 3 к. Па) 1 моль любого газа занимает объем 22, 4 л. Пример 1. Какой объем водорода при н. у. выделится при растворении 4, 8 г магния в избытке соляной кислоты? Решение. Mg + 2 HCl Mg. Cl 2 + H 2 При растворении 24 г (1 моль) магния в HCl выделилось 22, 4 л (1 моль) водорода; при растворении 4, 8 г магния –– Х л водорода. X = (4, 8 x 22, 4) / 24 = 4, 48 л водорода • • •