ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 193
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Дәріс №1
Атом-молекулалық ілім негізі
Дәрістің мақсаты: атом-молекулалық ілімнің негізгі қағидаларымен танысу. Атом, молекула, моль, мольдік масса, эквивалент, эквивалент заңымен есеп шығара білу.
-
Материя туралы түсінік. Химия ғылымы, оның маңызы және басқа ғылымдармен байланысы. -
Атом-молекулалық ілімнің пайда болуы және дамуы. -
Атом-молекулалық ілім тұрғысынан алғандағы химияның стехиометриялық заңдары. -
Химияның негізгі түсініктері.
Материяны бізді қоршаған дүниедегі барлық тірі және өлі денелер деп түсінеміз. Кез келген дене заттардан құралады. Материяның өмір сүруінің екі формасы бар: зат және өріс. Зат – ұсақ бөлшектерден құралған материалдық түзілім. Өріс – бөлшектердің әрекеттесуі жүзеге асатын материалдық орта. Материя үнемі қозғалыста болады. Қозғалыс дегеніміз – кез келген өзгеріс. Материя қозғалысының 5 формасын атап көрсетеді (Ф.Энгельс): 1 Механикалық қозғалыс. 2 Физикалық құбылыстар. 3 Химиялық құбылыстар. 4 Биологиялық қозғалыс. 5 Әлеуметтік процестер.
Химия ғылымы материя қозғалысының химиялық формасын зерттейді. Химия – заттардың құрамы, құрылысы, олардың бір-біріне айналуы және осы айналумен қабат жүретін құбылыстар туралы ғылым.
Химиялық құбылыс немесе басқаша химиялық реакция – бұл заттардың бір-біріне айналуы. Химиялық реакция кезінде бастапқы заттардың құрамына кірген атомдар қайтадан топтасып, олардан жаңа заттар түзіледі.
2 Заттардың өте ұсақ бөлшектерден тұратындығы туралы пікірді өте ертедегі грек философтары (Демокрит, Левкипп, Лукреций) айтқан болатын. Бірақ мұндай батыл материалистік көзқарастар ол кезде шіркеу тарапынан қуғынға ұшырайтын, сондықтан ұзақ уақыт ұмыт болды.
Заттардың дискреттілігі, яғни ұсақ бөлшектерден тұратындығы, бөлінгіштігі туралы идеялар XVIII ғасырда қайтадан жаңғыра бастады. Қазіргі атом-молекулалық ілімнің негізін қалаушы ғалымдардың (М.В. Ломоносов, Дж. Дальтон, Лавуазье, Пруст, Бертолле, Гей-Люссак, Авогадро және т.б.) еңбектері нәтижесінде заттардың құрылысы туралы ғылыми мәліметтер жиналды. Атом-молекулалық ілімнің негізгі қағидалары:
1 Барлық заттар молекулалардан, атомдардан немесе иондардан тұрады. Атом – химиялық элементтің қасиеттерін бойында сақтайтын оның ең кіші электронейтрал бөлшегі. Молекула – заттың қасиеттерін анықтайтын оның кіші бөлшегі. Ион – атомдардың (немесе молекулалардың) электрондарды қосып алуы немесе беруі нәтижесінде түзілетін зарядталған бөлшектер.
2 Заттың құрамындағы бөлшектер (молекулалар, атомдар, иондар) үнемі қозғалыста болады. Бұл қозғалыс әрбір затта болатын жылу энергиясы қоры арқылы жүзеге асады.
3 Барлық заттар жай және күрделі заттар болып бөлінеді. Кейбір элементтер бірнеше жай зат түзеді (аллотропия).
Қазіргі көзқарастарға сәйкес заттар молекулалық және молекулалық емес құрылысты болады, яғни барлық заттар үшін «молекула» ұғымы қолданылмайды. Молекуласы бар заттарда (мысалы, Н2, О2, Сl2, СО2, Н2О, НСl, С2Н5ОН, СН3СООН, белок, крахмал және т.б.) бір немесе бірнеше элемент атомдарының белгілі бір санынан жеке өмір сүруге қабілетті молекулалар түзіледі. Қатты немесе сұйық күйде болғанда мұндай заттарда молекулалар әлсіз молекулааралық күштермен байланысады. Ал молекуласы жоқ заттарда (әдетте олар - қатты заттар) оның алынған кристалында қанша атом немесе ион болса, солардың барлығы өзара бір-бірімен байланысқан болады, яғни мұндай заттардан жеке молекулаларды бөліп алуға болмайды. Молекулалық емес құрылысты заттарға металдар, кейбір оксидтер, негіздер, тұздар жатады.
Стехиометрия – заттардың құрамына кіретін элементтердің немесе химиялық реакцияларға түсетін заттардың сандық арақатынастарын зерттейтін химия саласы. Стехиометриялық заңдарға масса сақталу заңы, құрам тұрақтылық заңы, еселі қатынастар заңы, эквиваленттер заңы, көлемдік қатынастар заңы, Авогадро заңыжатады.
Жалпы материяның сақталу заңын 1748 ж. М.В. Ломоносов тұжырымдаған: «...Бір денеден қанша кемісе, екіншісіне соншама қосылады; бір жерден бірнеше материя азайса, басқа жерде соншаға артады...». Химиялық реакцияларға қатысты бұл заң былай оқылады: «Химиялық реакцияға түсетін заттардың массасы әрқашан оның нәтижесінде түзілетін заттар массасына тең болады». Химиялық реакция кезінде бастапқы заттар құрамына кірген элемент атомдары ешқайда жойылып кетпейді, алынған қажетті мөлшерінде жаңа заттардың құрамына кіреді, сондықтан жалпы масса өзгермейді. Мысалы:
СuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
1 моль 1 моль 1 моль 1 моль
80 г + 98 г = 160 г + 18 г
Құрам тұрақтылық заңын 1801 ж. француз ғалымы Ж.Л. Пруст тұжырымдады:
«Кез келген химиялық таза заттың құрамы оның алыну жолдарына тәуелсіз тұрақты болады». Бұл заң молекулалық құрылысты заттар үшін дұрыс болады, себебі молекула - тұрақты бөлшек, оның құрамы өзгермейді. Мысалы, СО2 құрамында әрқашан, оны қандай жолмен алса да, үнемі 27,27 % көміртегі және 72,73 % оттегі болады. Бертолленің пікірінше, заттардың құрамы алыну жағдайларына сәйкес ауыспалы болады. Қазіргі кезде біз білеміз: бұл – молекулалық емес құрылысты заттар. Олардың құрамы кристалдың түзілу жағдайларына байланысты өзгеруі мүмкін, себебі кристалдық затта әр бөлшектің өз орны болады. Егер кристалдың қалыптасу барысында қандай да бір кемшіліктер кетсе, жалпы кристалдағы әртүрлі элемент атомдары санының арақатынасы бұзылады, яғни заттың формуласына сәйкес келмеуі мүмкін. Мысалы, ТiO2 құрамы мына аралықта өзгеруі мүмкін: ТiO1,9-2,0. Сонымен, молекуласы бар заттардың құрамы үнемі тұрақты болады, оларды дальтонидтер деп атайды. Ал алыну жағдайларына байланысты құрамы өзгеріп отыратын молекулалық құрылысы жоқ заттар бертоллидтер деп аталды.
Қазіргі кезде эквивалент ұғымына келесідей түсінік беріледі. Эквивалент – бұл бөлшек. Эквивалент деген сонда қандай бөлшек?
Эквивалент – бұл химиялық реакцияларда сутегінің бір атомына (ионына) сәйкес келетін, яғни сонымен қосылысатын, оның орнын басатын немесе өзінен оны бөліп шығаратын заттың нақты немесе шартты бөлшегі.
Ал тотығу-тотықсыздану реакцияларында эквивалент бөлшегі бір электронға сәйкес келеді.
Атом молекулалық ілімінің негізі 18-ғасырдың аяғы мен 19-ғасырдың басында жасалды. Ломоносов 1741 жылы шыққан “математикалық химия” деген еңбегінде атом молекулалық ілімінің негізгі қағидаларын былай тұжырымдады:
1) барлық заттар молекулалардан тұрады;
2) молекулалар атомдардан тұрады;
3) бөлшектер, атомдар, молекулалар үнемі қозғалыста болады;
4) жай заттардың атомы бір молекуладан, күрделі заттардың атомы бірнеше молекуладан тұрады.
Молекула – заттың химиялық қасиетін сақтап тұратын ең кіші бөлшегі. Атом – химиялық элементтің ең кіші бөлшегі. Әрбір химиялық элементке белгілі бір атомның жиынтығы сәйкес келеді. Атомдар бір-бірімен бірігіп байланысып молекула түзеді. Қазіргі анықтамасы: атом – оң зарядталған атом ядросынан және теріс зарядталған электрондардан тұратын электронейтрал бөлшек. Протондар мен нейтрондардың ортақ атауы
нуклондар. Жалпы алғандағы атом электрлік бейтарап болғандықтан, электрондардың қосынды заряды ядро зарядына тең болуы керек. Элементтің реттік нөмірі атом ядросының зарядына тең және ядродағы протон санына тең және атомдағы электрон санына тең. Ядро массасы (және атом массасы да) протон (Z) саны мен нейтрон (N) санының қосындысымен анықталады. Бұл қосындыны атомның массалық саны (A) деп атайды A=Z+N.
Элемент – белгілі бір атомның түрі. Бірдей атомдардан тұратын заттар жай заттарға жатады: Ғе, О2, Н2.
Бір элементтің бірнеше жай заттар түзуін аллотропиялық құбылыс дейді. Көміртектің аллотроптық түрі: алмас, графит, карбин және фулерен; оттектікі – мелекулалық оттек О2 пен озон О3.
Ядро зарядтары (Z) бірдей, ал массалық саны (A) әртүрлі болатын атомдарды изотоптар деп атайды. Сутек элементінің үш изотопы бар: протий -
Н, дейтерий - 
Н немесе D, тритий - 
Н немесе Т.Ядро зарядтары (Z) әртүрлі болатын, ал массалык саны (A) бірдей атомдарды изобаралар деп атайды.
Ar; 
K; 
Ca.Молекулалары әртүрлі элементтің атомдарынан тұратын заттарды – күрделі заттар дейді: CuO, H2SO4. Күрделі заттарға барлық оксидтер, қышқылдар, негіздер, тұздар және толып жатқан органикалық қосылыстар жатады.
Иондар – зарядталған бөлшектер: оң зарядталғанды катиондар және теріс зарядталғанды аниондар дейді.
Атомның ең маңызды көрсеткіштерінің бірі оның массасы. 1961 жылы халықаралық келісім бойынша массаның атомдық бірлігі ретінде атомдық массасы 12-ге тең көміртек изотопы массасының 1/12 бөлігі қабылданды. Көміртек (С-12) атомы массасының 1/12 бөлігі массасының атомдық бірлігі (м.а.б) деп аталады. 1 массаның атомдық бірлігі (1 м.а.б.) 1,66∙10-27 кг тең.
Ar(O) = 26,60∙10-27 / 1,66∙10-27 = 16;
Ar(H) = 1,67∙10-27 / 1,66∙10-27 = 1.
Салыстырмалы атомдық масса
дегеніміз сол элемент атомы массасының көміртек атомы массасыныкі 1/12 бөлігінен немесе массасының атомдық бірлігінен неше есе ауыр екенін көрсететін сан.
Зат мөлшері ν – атом, молекула, иондарының құрылыс бірліктерінің санын көрсететін физикалық шама. Ол ν таңбасымен белгіленеді, өлшем бірлігі – моль. Моль дегеніміз – 0,012 кг 12С изотобындағы құрылыс бірліктеріне тең шама.
Зат мөлшерінің 1 молінің массасы оның молярлық массасы деп аталады М = m/ν; өлшем бірлігі – кг/моль немесе г/моль.
. Зат массасының сақталу заңы (1748 ж. М.В. Ломоносов; 1766 ж. А.Лавуазье ашты.) Реакцияға қатысқан заттардың массасы шыққан зат өнімдерінің массасына тең. Бұл заң ядролық реакцияларда қолданылмайды. 1905 жылы Эйнштейн энергия сақталу заңын ашты:
.Мұндағы Е – энергия;
m – масса;
с – вакуумдағы жарықтың жылдамдығы, ол 2,9979∙108 м/с тең.
Бұл формула бойынша энергия массалардың өзгерісі мен жарық жылдамдығының квадратының көбейтіндісіне тең. Яғни, ядролық реакцияларда массаның өзгерісі алынады: демек, ядролық өзгерістерде масса тұрақты болмайды.
Зат массасының сақталу заңының мәнін былай түсіндіруге болады: реакцияға қатысқан заттардың құрамында қандай атомдар қанша мөлшерде болса, реакция нәтижесінде шыққан заттардың құрамында да сондай атомдар сонша мөлшерде болады. Химиялық реакциялар кезінде атомдар массалары өзгермейтіндіктен реакцияға қатысқан заттардың массасы тұрақты болады. Барлық химиялық реакциялар заттар массасы сақталу заңына бағынады.
Заттар массасы сақталу заңының мысалы ретінде литийдің оттегі арқылы тотығу реакциясының теңдеуін келтірейік:
4Li + O2 = 2Li2O;
6,94∙4 + 15,999∙2 = 6,94∙4 + 15,999∙2;
59,758 = 59,758.
Бұл теңдеуден реакцияға төрт атом литий, екі атом оттегі қатысатынын, ал реакция нәтижесінде түзелген литий оксидінің құрамында да төрт атом литий, екі атом оттегі бар екенін көруге болады. Олай болса реакцияға қатысқан заттар мен шыққан заттардың құрамындағы атомдардың түрлері мен сандары өзгермейтіндіктен реакцияласқан заттардың массасы одан түзілген заттардың массасына тең болады.
1801 жылы француз ғалымы Ж. Пруст құрам тұрақтылық заңын ашты. Алыну әдісіне қарамастан берілген қосылыстардың құрамы тұрақты болады. А