Химия как наука, основные понятия - ABCD42.RU

Химия как наука, основные понятия

Основные понятия и законы химии

Химия – это наука, которая сопутствует нам, где бы мы не находились: дома, в офисе, на природе или в городе. Трудно переоценить ее вклад в нашу жизнь, необходимость понимания и знания основных понятий и законов химии.

Итак, какие же основные понятия и законы включает химия? Сначала дадим определение науке: Химия — наука о веществах, закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и применении.

Основные понятия химии

Основными в химии являются такие понятия, как атом, молекула, элемент, вещество, аллотропия и др.

У истока основных понятий химии стоит атомно-молекулярное учение, которое дает определение молекулы и атома:

Молекула

Это наименьшая частица определенного вещества, которая обладает его химическими свойствами. Состав и химическое строение молекулы определяют ее химические свойства. Все вещества состоят из молекул, а молекулы из атомов.

Атом

Это наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ, это электронейтральная частица, которая состоит из положительно заряженного ядра атома и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра.

Молекулы и атомы находятся в постоянном движении.

Химический элемент

В настоящее время известно 118 элементов, 89 из которых найдены в природе, остальные получены искусственно (см. Интересные факты о химических элементах). Что же такое Химический элемент? Это такой вид атомов, который имеет определенный заряд ядра и строение электронных оболочек.

Теперь рассмотрим строение атомного ядра и следующее основное понятие химии.

Атомное ядро

Атомное ядро состоит из протонов (Z) и нейтронов (N), имеет положительный заряд, равный по величине количеству протонов (или электронов в нейтральном атоме) и совпадает с порядковым номером элемента в периодической таблице. Суммарная масса протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A = Z + N. Существуют химические элементы (изотопы), имеющие одинаковый заряд ядер, но при этом различные массовые числами, что достигается за счет разного числа нейтронов в ядре.

Вещество

Некая совокупность атомов и молекул, их ассоциатов и агрегатов, которые могут находиться в любом из трех агрегатных состояний, образуют вещество.

Простые вещества состоят из атомов одного вида, а сложные вещества (химические соединения) состоят из атомов разного вида и образуются при химическом взаимодействии атомов разных химических элементов.

Аллотропия

Встречается явление, при котором один химический элемент может образовывать нескольких простых веществ, различных по свойствам и строению. Это явление называется Аллотропией. Аллотропные модификации характерны, например, для кислорода (O2 и O3), фосфора (белый, красный, черный фосфор), углерода (алмаз, графит), серы (моноклинная, ромбическая, пластическая), олова (белое, серое, ромбическое олово).

Химическая формула

В 1814 г Й. Берцелиус предложил использовать химическую формулу запись состава веществ с помощью химических знаков и индексов.

Химическое вещество характеризуется атомной массой, а молекулы — молекулярной массой.

Относительная атомная масса (Ar)

Это отношение средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1 /12 массы атома 12 C.

Относительная молекулярная масса (Mr)

Это величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1 /12 массы атома углерода 12 C. Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов, составляющих химическое соединение, с учетом индексов.

Моль вещества (n)

Это количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится их в 12 г изотопа углерода 12 C.

Число структурных единиц, содержащихся в 1 моле вещества равно 6,02 • 10 23 .Эточисло называется числом Авогадро (NA)

Молярная масса (M) показывает массу 1 моля вещества и равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества.

Химический эквивалент

Для более удобного сравнения способности различных элементов к соединению введено понятие химического эквивалента. Это одно из важнейших понятий химии, дадим ему определение:

Химическим эквивалентом вещества (Э) называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.

Масса 1 эквивалента вещества называется эквивалентной массой (mэкв). Масса одного моля эквивалента элемента — это молярная масса эквивалента MЭ(X).

Молярную массу эквивалента химического элемента, простых и сложных веществ (Mэкв(X)) рассчитывают по формуле:

где M(X) – молярная масса; вал – суммарная валентность.

Например, молярная масса эквивалента алюминия составляет Mэкв(Са) = 40/2 = 20 г/моль.

Молярные массы эквивалента кислорода и водорода постоянны и составляют:

Эквивалентную массу соединения можно определить по его химической формуле, например,

М экв(оксида) = М(оксида)/(число атомов кислорода ∙ 2);
М экв(основания) = М(основания)/число гидроксильных групп;
М экв(кислоты) = М(кислоты)/число протонов;
М экв(соли) = М(соли)/(число атомов металла ∙ валентность металла).

Пример, определим эквивалент (Э) и эквивалентную массу Мэкв (Х) фосфора, серы и брома в соединениях PHз, Н2S и HBr.

В PHз 1 моль атомов водорода соединяется с 1/3 моль фосфора, поэтому эквивалент фосфора равен Э(N) = 1/3 моль

В Н2S 1 моль атомов водорода соединяется с 1/2 моль серы, поэтому эквивалент серы равен Э(S) = 1/2 моль

В HBr 1 моль атомов водорода соединяется с 1 моль брома, поэтому эквивалент брома равен Э(Br) = 1 моль.

Найдем эквивалентные массы:

Мэкв (Р) = 31/3 = 10,33 г/моль;

Мэкв (S) = 32/2 = 16 г/моль;

Мэкв (Br) = 80/1 = 80 г/моль.

Аналогично можно дать определение понятию эквивалентный объем.

Эквивалентный объем – это тот объем, который при данных условиях занимает 1 эквивалент вещества. Так как эквивалент водорода равен 1 моль, а в 22,4 л Н2 содержатся 2 эквивалента водорода; тогда эквивалентный объем водорода равен 22,4/2=11,2 л/моль, для О2 эквивалентный объем равен 5,6 л/моль.

Определить эквивалент вещества можно также по его соединению с другим веществом, эквивалент которого известен.

Определить молярную массу эквивалента (эквивалентную массу) можно исходя из закона эквивалентов, который рассмотрен немного ниже.

Основные законы химии

Нижеперечисленные законы принято считать основными законами химии.

Закон эквивалентов

По закону эквивалентов химические элементы соединяются между собой или замещают друг друга в количествах, пропорциональных их молярным массам эквивалентов:

где m1 и m2 — массы реагирующих или образующихся веществ, М экв1 и М экв2 — эквивалентные массы этих веществ.

Примеры расчета молярной массы эквивалента представлен в задачах 5-7 раздела Задачи к разделу Основные понятия и законы химии

Закон сохранения вещества

В 1756 г. М.В. Ломоносов, после длительных испытаний, пришел к важному открытию: вес всех веществ, вступающих в химическую реакцию, равен весу всех продуктов реакции.

Этот закон отражается в законе сохранения массы, который заключается в следующем: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции. Вещества не исчезают и не возникают из ничего, а происходит химическое превращение. Закон является основой при составлении химических реакций и количественных расчетов в химии.

Закон постоянства состава

В 1808 Ж. Пруст сформулировал закон, который гласит, что независимо от способа получения все индивидуальные вещества имеют постоянный количественный и качественный состав.

Закон кратных отношений

В 1803 г Д. Дальтон открыл закон, заключающийся в том, что если два химических элемента образуют несколько соединений, то весовые доли одного и того же элемента в этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.

Закон объемных отношений

В 1808 г Гей-Люссак сформулировал закон, который гласил:

«Объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, являющихся продуктами реакции, соотносятся между собой как небольшие целые числа».

Газовые законы

Важную роль в развитии химической науки сыграли газовые законы (справедливы только для газов).

В 1811 г. Авогадро ди Кваренья (Закон Авогадро) доказал, что- в равных объемах любых газов при постоянных условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. В одинаковых условиях одно и то же число молекул занимают равные объемы, а 1 моль любого при T=273°К и p=101,3 кПа газа занимает объем 22,4 л, который называется молярным объемом газа (Vm).

Независимо друг от друг трое ученых вывели следующие законы:

закон Бойля-Мариотта при Т= const: P1V1 = P2V2;

закон Шарля при V = const:P1 / T1 = P2 / T2

При объединении этих трех законов получаем:

Если условия отличаются от нормальных, то применяют уравнение Клапейрона – Менделеева:

pV = nRT = (m/M)RT, где

p — давление газа, V — его объем, n — количество молей газа, R — универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль*К).

Количество газа при нормальных условиях рассчитывают по формуле:

Плотность газов при заданных давлении и температуре прямо пропорциональна их молярной массе:

ρ = m/V = pM/(RT) = (p/RT)M.

Относительная плотность газов показывает, во сколько раз один газ тяжелее другого. Плотность газа В по газу А определяется следующим образом:

Это основные законы химии. В заключение приведем Закон парциальных давлений (закон Дальтона). Парциальное давление в смеси равно тому давлению газа, которым он обладал бы, если бы занимал такой же объем, какой занимает вся смесь при той же температуре. При условии, что в газовой смеси нет химического взаимодействия, общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов, входящих в эту смесь:

Состав газовых смесей может выражаться количеством вещества (n), массовыми (ωn), объемными (φn) и молярными (χ) долями:

Химия

План урока:

Знакомство с химией

Когда мы слышим слово «химия», сразу представляем человека, окружённого колбами, пробирками, наполненными веществами всевозможных цветов. Он записывает непонятные символы, которые нам кажутся иероглифами. Перед нами встает вопрос: что это за наука, какие задачи изучает? Ответ достаточно прост, предмет химии – вещества.

Читайте также  Химическая организация клетки. Органические вещества

Химия — наука о веществах, их свойствах и превращениях в другие вещества.

Как и каждая наука, химия имеет свою историю развития. Первые химические знания появились до нашей эры, в Древнем Египте. Египтяне обладали химической наукой, которую называли «Священным искусством». Некоторые рецепты приготовления парфюмерии и лекарственных препаратов используют и до сих пор. Наверняка вы слышали об алхимиках и философском камне, с помощью которого, можно превратить любой металл в золото.

В современном представлении термин «химия» можно услышать в нескольких интерпретациях: химия как наука, а также продукты химического производства (одним словом химия). Мы не представляем наше существование без химических веществ. Просыпаясь утром, идём умываться: мыло, зубная паста ждут нас в ванной комнате. Ароматный чай и хрустящие хлопья на завтрак. Одежда, обувь, школьные принадлежности и многое другое мы получаем благодаря химическим технологиям.

Но также можно сказать, что химия – это вред. Неоднократно слышали о кислотных дождях, о гибели морских жителей из-за нефтяных пятен, о нитратах в овощах и фруктах и т. д.

Химия тесно связана с человечеством, является неотъемлемой его частью. Чтобы не наносить вред нашей планете, необходимо применять химические знания и рационально использовать вещества.

Именно благодаря своей многогранности химия применяется в каждой области:

  • Медицина: лекарственные препараты, вакцины, искусственные органы, косметические средства;
  • Искусство: живопись, архитектура, фотографии, изготовление ювелирных изделий, ковка, литье;
  • Сельское хозяйство: удобрение, средства для борьбы с вредителями;
  • Криминалистика: опознание личности по ДНК, отпечаткам пальцев, определение состава ядовитых и взрывчатых веществ;
  • Строительство: производство строительных материалов, обработка древесины;
  • Металлургия: без металлов не существует ни одна отрасль. Металлы и сплавы окружают нас повсюду;
  • В быту: средство бытовой химии, при приготовлении обеда также применяем химические знания;
  • Пищевая промышленность: молочная, мясная продукция, соусы, кондитерские изделия и т. д.;
  • Охрана окружающей среды. На данный момент остро стоит проблема охраны окружающей среды. Деятельность человека губительно действует на планету. Но с помощью химических знаний, которые базируются на свойствах веществ, учёные находят способы очистки воды, почвы, воздуха от вредных веществ.

Химия – наука очень обширная и включает в себя много разделов, которые имеют своё назначение и изучают вещества, их строение и свойства.

  • Неорганическая химия или её ещё называют химия неживой природы. Предмет изучения химические элементы и их соединения;
  • Биохимия изучает процессы, которые происходят в организмах при обмене веществ, дыхании и т. д.;
  • Органическая химия или химия углерода. Это увлекательный раздел знакомит о множестве соединений, благодаря уникальным свойствам углерода;
  • Физическая химия рассматривает закономерности реакций;
  • Аналитическая химия, благодаря качественному и количественному анализу позволяет исследовать смеси.

Чтобы овладеть химическими знаниями, необходимо изучить физику, биологию, а также математику. Как видно из схемы, химия тесно перекликается с другими науками.

Атомно-молекулярное учение. Мельчайшие частицы

Как и каждая наука, химия имеет свои термины и понятия, которые изучаются на протяжении всего курса. Эти термины для вас будут не новыми, вы с ними знакомились на уроках физики и природоведения. А речь пойдёт об атомах, молекулах, химических элементах и веществах. Эти понятия являются основой атомно-молекулярного учения.

Рассмотрим подробно каждое понятие.

Наверняка вы в учебнике или кабинете химии видели периодическую систему химических элементов (ПСХЭ). Она имеет разный вид и структуру, с которой вы позже подробно познакомитесь. Классический вид периодической системы химических элементов изображён на рисунке.

С уроков природоведения вам известно, что атомы это кирпичики мироздания.

Атом – мельчайшая частица химического элемента, которая отвечает за его свойства и химически неделима.

На данный момент известно 126 видов атомов – химических элементов. Какая связь между химическим элементом и атомом? Химический элемент состоит из атомов определённого вида. В чём состоит отличие этих понятий. Почему алхимики не могли найти философский камень? Почему железо или медь не превращаются в золото? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо рассмотреть строение атома.

Абсолютно каждый атом имеет положительно заряженное ядро и, вращающиеся вокруг него, отрицательные электроны.

Самое тяжёлое в атоме – это ядро, которое состоит с протонов (имеют заряд +) и нейтронов (заряд 0).

Атом не имеет никакого заряда, иными словами нейтрален.

Число протонов = число электронов

Чтобы узнать количество частиц, необходимо определить порядковый номер элемента в ПСХЭ.

Например, если в состав атома входит 10 электронов и 10 протонов, посмотрев в периодическую систему, увидим, что данный набор частиц отвечает химическому элементу – Неон. Химический элемент Золото имеет 79 протонов и 79 электронов. Состав атомов, а точнее, количество протонов, не изменяется в ходе химических реакций. Именно по этой причине, алхимики не смогли найти рецепт философского камня.

Атомы (подобно буквам, которые соединяются в слоги, а потом в слова) соединяются в молекулы.

Молекула

Молекула – наименьшая частица вещества

Как образуются молекулы? Снова проведём аналогию с буквами. Чтобы получилось читаемое и со смыслом слово, необходима определённая комбинация букв и чёткие правила. Также происходит и при образовании молекулы. Атомы соединяются в молекулу с помощью химических связей. Свойства молекул зависят от того, атомы каких элементов входят в их состав, а также каким образом они соединены между собой.

Рассмотрим на примере молекул веществ, которые образованные атомами кислорода, это кислород и озон. Обе эти молекулы образованы атомами химического элемента Кислород, но в состав озона, химическая формула которого О3, входит 3 атома Кислорода, а в молекулу кислорода, формула вещества О2 – два атома химического элемента Кислород.

Данное явление называется аллотропией. Это явление существования простых веществ, образованных одинаковым химическим элементом, но различным по свойствам и строению.

Рекордсменом по образованию аллотропных форм является углерод, который существует в виде алмаза, графита, карбина, фуллеренов, углеродных нанотрубок.

Как видно из определения, атомы и молекулы – это частицы, но в чём их разница? Снова проведём аналогию с буквами и словами. Буквы – это атомы, слова – это молекулы. Буквы не могут состоять из слов, так же как и атомы не могут состоять из молекул.

Молекула сернистого газа SO2 состоит из одного атома Серы и двух атомов Кислорода. Молекула аммиака состоит из одного атома Азота и трёх атомов Водорода и т. д.

Таким образом, мы видим, что все вещества состоят из атомов химических элементов. Живая и неживая природа – это также комбинация химических элементов.

Что происходит с атомом, если он присоединяет или отдаёт электроны? Он становится заряженной частицей.

Ионы – частицы, которые положительно или отрицательно заряжены.

Обобщив все вышесказанное, выделим основные постулаты атомно-молекулярного учения, которое является фундаментом в химии, физике и естествознании:

  • Вещества состоят из молекул;
  • Атомы являются частью молекулы;
  • Атомам и молекулам характерно самопроизвольное движение;
  • Во время химических реакций происходит изменение состава молекулы и образуются новые вещества.

Вещество. Классификация веществ

От активности химических элементов зависит — будут они существовать в свободном виде или будут частью вещества.

Вещество – это совокупность атомов, атомных частиц или молекул, находящаяся в определённом агрегатном состоянии.

Вещества делятся: простые и сложные.

Определение достаточно несложное и легко запоминается.

Закономерно возникает вопрос: чем сложное вещество отличается от смеси простых и сложных веществ?

На рисунке обозначено:

А) молекулы простого вещества кислород О2;

Б) молекулы простого вещества водород Н2;

В) смесь простых веществ О2 и Н2;

Г) молекула сложного вещества вода Н2О;

Д) смесь молекул простого вещества водород Н2 и сложного вещества Н2О.

Смеси образуются в результате физического воздействия, например, смешивание железных опилок и воды, а сложные вещества – с помощью химического воздействия, например, ржавчина на железе, вызванная взаимодействием железа и воды.

В зависимости от того, какими частицами образованы вещества, их различают молекулярного и немолекулярного строения.

Предмет и задачи химии, значение и история развития науки

В статье кратко представлен круг вопросов, изучаемых химией, дается представление о задачах, которые решает эта наука. Рассказывается об основных этапах предыстории, становления и развития химии, о ее состоянии в настоящее время. В заключение дается оценка значения химии в жизни современного человека.

Окружающий нас материальный мир — объект изучения системы естественных наук. Химия – одна из ее важнейших отраслей. Значение химии в жизни человечества непрерывно растет, и одновременно усложняется роль этой фундаментальной науки в современном мире. Она имеет множество практических приложений, которые оказывают влияние и на развитие человеческой цивилизации в целом, и на нашу повседневную жизнь.

Предмет и задачи химии

Химия как часть естествознания изучает материю, а предмет химии включает состав вещества, его строение и обусловленные ими свойства. Также химия исследует изменения этих характеристик в процессах превращения веществ – химических реакциях – и устанавливает закономерности таких изменений.

Уровень, на котором сохраняются химические свойства – это молекулы и атомы. Этими структурными единицами химия оперирует при описании процессов в веществе. Опираясь на законы движения материи на атомно-молекулярном уровне, химики решают множество задач. Можно сгруппировать эти задачи по нескольким направлениям:

  • получение веществ с заданными свойствами;
  • повышение качества выпускаемой продукции и эффективности различных производств;
  • разработка технологий, снижающих количество вредных отходов;
  • получение востребованных техникой материалов с заданными свойствами (термостойких, сверхпроводящих и других);
  • оптимизация методов использования химической энергии, получаемой при сжигании природного топлива.
Читайте также  Химические источники тока

Но прежде чем прийти к постановке столь высокотехнологичных задач, наука о веществах проделала большой исторический путь.

История развития химии

Накапливать сведения о различных веществах и их превращениях человек начал еще на заре своей истории. Он занимался обработкой шкур, использовал огонь и, наблюдая происходящие изменения, наивно систематизировал их.

Нахождение способов добычи огня, изобретение обжига глиняной посуды и другие достижения способствовали появлению первых химико-практических знаний. Но их рост, связанный с общими темпами развития общества, шел крайне медленно.

Древность: ремесленники и натурфилософы

Люди узнали о химических процессах гораздо больше с появлением и развитием металлургии. Человек открыл золото, медь, самородное метеоритное железо, а также свинец, олово, серебро и ртуть. Уже в древнейших государствах процветала не только обработка металлов, но и другие ремесла, связанные с преобразованием веществ.

Особенно славился производством стекла, красок, косметики, парфюмерии, лекарств Египет.

Само название «химия» восходит, к египетскому слову khemi, означавшему «чернозем» и служившему наименованием страны. Термин khemeia вошел в греческий язык при знакомстве греков с культурой Египта и стал обозначать знание руд и различных минералов.

В попытках обобщить разрозненные знания и включить их в представления об устройстве мироздания античные натурфилософы выработали две умозрительных концепции:

  • Учение о стихиях-первоначалах, или элементах, основанное на идее о непрерывности материи. Его создатели (Эмпедокл, Платон, Аристотель) полагали, что многообразие веществ возникает из комбинаций и превращений четырех начал – огня, воздуха, воды и земли.
  • Атомистическое учениеЛевкиппа и Демокрита, согласно которому материя имеет дискретное строение. Атомисты объясняли образование вещества столкновениями и сцеплением движущихся в пустоте твердых, вечных и неделимых частиц – атомов.

Атомизм не получил широкого признания, в отличие от учения о стихиях, надолго укоренившегося в умах благодаря авторитету Аристотеля в средние века.

Время алхимиков

«Египетское искусство» или «египетское знание» – khemeia, химия – считалось магическим, священным. Мыслители эллинистической эпохи подвели под него теоретическую основу – стихии Аристотеля и числовую мистику пифагорейцев. Так родилась дисциплина, которая после завоевания Египта арабами в VII веке стала известна как алхимия.

Как на арабском Востоке, так и в Европе XIII–XVII веков своей главной задачей алхимия ставила трансмутацию – превращение одного металла в другой, желательно в золото. Обеспечить ее должен был «эликсир» или «философский камень» – особая субстанция, способная также излечивать все недуги и дарить бессмертие.

В тщетных поисках эликсира алхимики создали и усовершенствовали лабораторное оборудование – весы, химическую посуду, – и совершили ряд открытий. Они получили фосфор, мышьяк и другие вещества, изучили многие соединения. Главным же достижением алхимии было внедрение эмпирического – экспериментального – метода исследования вещества.

От натурфилософии к науке

В XVI веке алхимия претерпела идейное разделение. Часть алхимиков продолжала поиски эликсира. Но это течение, пронизанное мистицизмом, становилось все более закрытым и привело в тупик. Другие исследователи ставили во главу угла решение практических задач. Самыми важными в рациональной алхимии стали два направления:

  • Техническая химия, считавшая главной целью поддержку технологий – металлургии, стекольного и керамического производства. Одним из ее основоположников был немецкий алхимик, знаток горного дела Георгий Агрикола.
  • Ятрохимия, начало которой положил знаменитый швейцарский врач Парацельс. Представители этого направления утверждали, что задача алхимии состоит не в добывании золота, а в создании лекарств.

Деятельность этих алхимиков подвела черту под натурфилософским подходом к изучению химических явлений и стимулировала развитие химии как науки, базирующейся на осмыслении опытных данных.

Возникновение и прогресс научной химии

Вторая половина XVII века в Европе отмечена революцией в естествознании. Возрождается атомизм, появляются средства измерений, создаются объединяющие естествоиспытателей научные общества. В русле этого процесса развивается и история химии, которая четко разделяется на несколько этапов.

  1. Становление новой науки продолжалось до конца XVIII века и связано с именами выдающихся ученых Р. Бойля и А. Лавуазье. Их трудами химия встала на прочный рациональный фундамент. В предмет химии вошли новые вещества – газы.
  2. Превращение химии в точную науку – заслуга ученых первой половины XIX века – Дж. Дальтона, А. Авогадро, Й. Берцелиуса и других. Они выявили количественные правила, определяющие состав и превращения веществ, что позволило рассчитывать реакции и формулы соединений и создать атомную теорию.
  3. Бурный прогресс характерен для химии второй половины XIX века. Важнейшим достижением ее стало открытие Д. И. Менделеевым в 1869 году периодического закона, который не только связал в систему атомные массы и свойства элементов, но и имел предсказательную силу. Химия начала ветвиться на разделы, превратившиеся в самостоятельные науки. Вместе с тем в ней оставались вопросы, на которые классическая наука ответить не могла.

Современность: химия в содружестве наук

Эпоха современной химии началась вместе с XX веком. С помощью квантовой теории удалось объяснить химическую связь и понять причину периодической повторяемости свойств элементов.

Исследования по химии в современном мире нельзя представить без мощных аналитических методов, созданных развитием физики. На стыке химии с другими областями естествознания родились новые науки: геохимия, радиохимия, биохимия. С другой стороны, продолжается выделение самостоятельных дисциплин. Эти тенденции особенно заметны в XXI веке.

Значение химии в жизни человека

Наука о превращениях веществ занимается не только фундаментальными проблемами. Большинство лекарственных препаратов, средств гигиены и косметики, материалов, окружающих нас в быту, – творения прикладной химии.

Но, не забывая о пользе, нельзя не отметить и отрицательного значения химии. Оно проявляется в негативном воздействии токсичных химических продуктов и отходов на здоровье человека и в экологических проблемах.

Повинна в этих бедах не наука, а безответственность самого человека, причем не только производителя товаров и материалов, но и потребителя. Впрочем, устранить неблагоприятные явления, а тем более предупредить их без помощи той же науки не удастся.

Роль химии в современной жизни без преувеличения огромна, и она будет возрастать. И лишь от человека зависит, какой она станет по преимуществу – отрицательной или положительной.

Лекция “Предмет и задачи химии. Основные понятия химии”

“Предмет и задачи химии. Основные понятия химии”

1. Предмет изучения химии.

2. Задачи и значение химии.

3. Основные понятия химии.

1. Предмет изучения химии.

Химия – относится к естественным наукам и изучает состав, строение, свойства и превращения веществ, а также явления, сопровождающие эти превращения.

Химия изучает окружающий мир, т. е. материю, которая проявляется в двух формах: вещества и поля.

Вещество – форма материи состоящая из частиц, которые имеют массу покоя (собственную массу), занимающая часть пространства и существующая за счет сил притяжения и отталкивания. К веществам относятся макротела, микротела и элементарные частицы (ē,p, n). Число природных синтезированных веществ составляет более 10 млн.

Поле – это такая форма существования материи, которая прежде всего характеризуется энергией. Посредством поля осуществляется взаимодействие между частицами вещества. Пример: электромагнитные и гравитационные поля.

Неотъемлемым свойством материи является движение.

Движение материи – это любое изменение. Материя находится в непрерывном движении. Формы движения очень разнообразны – тепловая, химическая, механическая. Формы движения материи изучаются разными естественными науками: химией, физикой, биологией и др.

Предмет изучения химии: химия изучает химическую форму движения материи, под которой понимают качественное изменение веществ, т. е. разрушение одних химических связей и образование других. В результате химических процессов возникают новые вещества с новыми химическими и физическими свойствами.

Свойствами материи являются:

— масса – это мера её инертности; — энергия – это мера её движения.

Объектом изучения в химии являются химические элементы и их соединения.

2. Задачи и значение химии.

Задачи химии:

1. Получение веществ с заранее заданными свойствами (для развития новой техники необходимы материалы с особыми свойствами, которых нет в природе: сверхчистые, сверхтвердые, жаростойкие, сверхпроводящие).

2. Повышение эффективности производства и качества продукции.

3. Создание безвредных, безотходных технологий.

4. Рациональное использование энергии химических превращений (в настоящее время электрическую и механическую энергию получают в основном преобразованием химической энергии природного топлива).

Значение химии для с/х:

1. Удобрения (макро — и микро-).

2. Химические средства защиты растений.

3. Лекарственные препараты.

3. Основные понятия химии.

Атомно–молекулярное учение

Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый (1741 г.). Атомно-молекулярное учение позволяет объяснить основные понятия и законы химии.

1. Все вещества состоят из молекул.

2. Молекулы состоят из атомов.

3. Частицы – молекулы и атомы – находятся в непрерывном движении.

4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ из различных атомов.

Атом – это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Каждый элемент имеет своё название и символ. В настоящее время известно 109 химических элементов периодической системы (ПС). Из них в природе существует 88 и более 20-ти получены искусственным путем в процессах ядерных превращений элементов.

Читайте также  Аварии на химических предприятиях

Символы элементов состоят из одной или двух букв латинского названия элементов и являются интернациональными. Названия элементов в каждом языке различны.

Пример: элемент с русским названием водород имеет символ “Н” (аш), который является первой буквой латинского названия этого элемента”Hydrogenium”.

Все элементы делятся на металлы и неметаллы. Если провести диагональ от бора (В) к астату (At), то к металлам будут относиться все элементы слева от диагонали + элементы побочных подгрупп, справа неметаллы.

Молекула – наименьшая частица вещества, которая сохраняет его химические свойства.

Состав любой молекулы можно выразить молекулярной химической формулой – показывает качественный и количественный состав молекулы.

H2SO4 качественный состав: молекула состоит из атомов H, S, O

количественный: 2 атома Н, 1 атом S, 4 атома О.

графическая формула – отображает структуру молекулы:

Н-О-Н графическая формула молекулы воды

черта – обозначает общую электронную пару, т. е. одну химическую связь, число связей определяется валентностью данного элемента.

Все вещества делятся на простые и сложные:

Простые вещества – это вещества, состоящие из атомов одного элемента.

Простые вещества делятся на два класса:

— металлы — образованы элементами Ме, металлы одноатомные

— неметаллы — образованы элементами неметаллами:

H2, O2, Cl2 I2 ,S, P He, Ar

газообразные тв. в-ва свободные несвязанные атомы

двухатомные благородные газы

Число существующих простых веществ (≈ 400) больше числа химических элементов, что объясняется явлением аллотропии.

Аллотропия – это явление образования нескольких простых веществ одним элементом.

Простые вещества, образованные одним и тем же элементом, называются аллотропными модификациями. Они могут отличатся

O2 — кислород

алмаз

или структурой: С графит

Сложные вещества – это вещества, состоящие из атомов разных элементов. Сложные неорганические вещества классифицируются на основные 4 класса:

— основания: NaOH, Cu(OH)2

— кислоты: H2SO4, HCl

— соли: Na2CO3, CaCl2

Ионы – частицы имеющие заряд. Ионы делятся на простые и сложные.

Простые ионы – состоят из атомов одного элемента (Na+, Cl-).

Сложные ионы – состоят из атомов нескольких элементов (OH-, SO42-).

Положительно заряженные ионы называются катионами.

Отрицательно заряженные – анионами.

Заряд простого иона – равен степени окисления элемента в соединении.

Необходимо помнить, что постоянные степени окисления в сложных соединениях проявляют следующие элементы:

— кислород О-2 (исключения Н2О2-1, О+2F2)

— водород Н+1 (искл. гидриды NaH-1)

— щелочные Ме+1: Na+, К+

— щелочно-земельные Ме+2: Ca2+, Mg2+, Ba2+

— все металлы имеют только положительную степень окисления (max-е значение = № группы)

Переменные степени окисления: Fe2+, Fe3+, Cu+, Cu2+

Заряд сложного иона: NH4+ — катион аммония

OH — — гидроксильная группа

Кислотный остаток – это все то, что остается от молекулы кислоты после отнятия катиона Н+.

Заряд кислотного остатка – всегда отрицательный (анион) и равен числу катионов водорода, которые необходимо отнять от молекулы кислоты, чтобы получить данный остаток:

H3PO4 (H2PO4)- дигидрофосфат

обр-т кислые соли

H3PO4 (HPO4)2- гидрофосфат

H3PO4 (PO4)3- фосфат средние соли

Название: гидро (Н), числительное ди – (Н2….)

Остаток от основания – все то, что остается от молекулы основания после отнятия гироксильной группы.

Заряд остатка от основания – всегда положительный (катион) и равен числу гидроксильных групп, которые необходимо отнять, чтобы получить данный остаток:

Al (OH)3 [Al (OH)2 ]+ ион дигидроксоалюминия

Al (OH)3 [Al OH]2+ ион гидроксоалюминия

Al (OH)3 Al3+ ион алюминия

Составление молекулярных формул веществ.

В основе составления молекулярной формулы лежит принцип электронейтральности — алгебраическая сумма степеней окисления атомов в соединении всегда равна нулю, а в сложном ионе заряду иона. Так как сложное вещество состоит из ионов, то общий заряд катиона (произведение числа иона на его заряд с учетом знака) + общий заряд аниона (Х число иона на его заряд) =0.

Ca3+2 (PO4)2-3

общ. зар. катиона: 3 (+2) = +6

общ. зар. аниона: 2 (-3) = -6

Последовательность составления молекулярной формулы:

1. По названию определить класс соединения; записать ионы: на первом месте катион, затем анион.

2. Определить заряд катиона и заряд аниона.

3. Если заряды численно равны, то индексы =1, они не ставятся.

Если заряды не равны, то их уравнивают: находят общее кратное заряда катиона и аниона и делят его на заряд катиона (получают индекс для катиона) и на заряд аниона (получают индекс для аниона)

4. Осуществляется проверка: ∑ общ. зарядов катиона и аниона = 0

ПРИМЕР: Привести молекулярную формулу оксида фосфора (V)

1) оксид => PO; (V) => С. О. = +5

3) общ. кратное = 10

4) 10:5 = 2 индекс для (Р)

10:2 = 5 индекс для (О)

Введение. Предмет химии. Основные понятия

Химия – наука, изучающая процессы превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава и структуры. В химии широко пользуются понятием элемента – определённого вида атомов с одинаковым зарядом ядра (ионы, изотопы и т.д.). Значение заряда ядра атома служит отличительным признаком для различных видов атомов.. В настоящее время известно 114 элементов, но нас будут интересовать только природные 89 элемента от водорода Н до урана U. Вещество может быть простым, т.е. состоять из атомов одного элемента и сложным, т.е. представленным атомами различных элементов. Например, простыми являются газы – кислород O2 и озон O3, а вода H2O – сложное вещество.

Атом –это наименьшая частица элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ. Молекула – это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются её составом и строением.

С точки зрения атомно-молекулярного учения химическим элементом называется каждый отдельный вид атомов.

Массы атомов чрезвычайно малы. Так, например, масса атома водорода составляет 1.674×10 -27 кг, а масса атома урана 3.953 ×10 -25 кг. В химии традиционно используются не абсолютные значения атомных масс, а относительные. За единицу атомной массы принята атомная единица массы (а.е.м.), которая представляет собой 1 /12 часть массы атома изотопа углерода 12 C, что составляет 1.66054×10 -27 кг. Поэтому относительной атомной массой Ar химического элемента называется величина, равная отношению средней массы атома естественного изотопического состава элемента к 1 /12 массы атома углерода 12 C. Например, относительная атомная масса урана составляет

238.06.

Современные значения атомных масс приведены в Периодической системе элементов.

Относительной молекулярной массой Mr вещества называется величина, равная отношению средней массы молекулы естественного изотопического состава элемента к 1 /12 массы атома углерода 12 C. Относительная молекулярная масса численно равна сумме относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы вещества. Например,

В Международной системе единиц (СИ) за единицу количества вещества принят моль. Чтобы научиться пользоваться этой величиной, сначала определим элементарную единицу вещества. Определим число атомов точно в 12 г 12 С:

Это число называется постоянной Авогадро (NA). Теперь можно сказать, что 1 моль любого вещества – это такое его количество, которое содержит NA элементарных единиц.

Молярная масса – величина, равная отношению массы вещества к количеству вещества. Она имеет размерность г/моль. Обычно её обозначают буквой M.

Молярная масса вещества, выраженная в г/моль, численно равна относительной атомной или относительной молекулярной массе этого вещества. Например, молярная масса газообразного кислорода M(O2) = 2×16 = 32 г/моль, а самородного золота M(Au) = 197 г/моль.

Газы при низких давлениях можно описать как ансамбль несвязанных друг с другом молекул (идеальный газ). Идеальные газы подчиняются закону Авогадро: в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Если известна масса или количество газа, а надо вычислить его объём, или наоборот, используют уравнение Менделеева-Клапейрона: ,

где p – давление газа, Па; V – его объём, м 3 ; T – температура в абсолютной шкале, K; n – количество вещества газа, моль; m – масса, г; M – молярная масса газа, г/моль; R = 8.31441 Дж/(моль×К) – универсальная газовая постоянная. При нормальных условиях (температуре 273.15 К и давлении 101325 Па) один моль идеального газа занимает объём равный 22.41 л.

Вещества, взаимодействуя друг с другом, подвергаются различным изменениям и превращениям. Явления, при которых одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами[i], называют химическими превращениями, химическими реакциями или химическими взаимодействиями. При записи уравнения химической реакции следует помнить, что в соответствии с законом сохранения массы число атомов каждого типа, вступающих в реакцию, должно быть равно числу атомов этого же типа в продуктах реакции (баланс массы). Если в реакции участвуют заряженные частицы (ионы), то следует также учитывать баланс заряда. Например, уравнение реакции окисления иона Mn 2+ кислородом воздуха запишется в виде

Коэффициенты, стоящие в этом уравнении перед формулами соединений, называются стехиометрическими и необходимы для выполнения условий баланса масс и зарядов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: