Файл: Министерство высшего и среднего специального образования республики узбекистан.docx
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 45
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3.Основние понятие и законы
Исключительное значение для развития химии имела научная теория горения, созданная М.В. Ломоносовым в результате опытов по прокаливанию металлов в запаянных стеклянных сосудах (ретортах). Русский ученый установил, что если сосуд, содержащий металл, взвесить до и после прокаливания, не вскрывая его, то масса остается без изменений. При нагревании же металла во вскрытой реторте масса увеличивается за счет его соединения с воздухом, проникающим в сосуд. Эти наблюдения позволили сделать вывод, который в настоящее время формулируется следующим образом:Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.Это положение, получившее название закона сохранения массы, является следствием всеобщего естественного закона сохранения материи и движения, сформулированного М.В. Ломоносовым как всеобщий естественный закон: «Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присоединится к другому: так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения». При этом под материей М.В. Ломоносов фактически понимал вещество, а под мерой его количества – массу.Следующим шагом в развитии химии явилось установление положения о постоянстве состава веществ:Каждое химически чистое соединение независимо от способа его получения имеет вполне определенный состав (Ж. Пруст, 1801 г.).Например, оксид углерода (IV) можно получить по любой из указанных ниже реакций:
С+O2=CO2
2CO+O2=2CO2
CaCO3=CO2+CaO
В химически чистом образце этого оксида всегда содержится 27,29% и 72,71% . Отклонение от указанного состава свидетельствует о присутствии примесей. Утверждение, обратное положению о постоянстве состава веществ: каждому определенному составу отвечает только одно химическое соединение, неверно. Действительно, диметиловый эфир и этиловый спирт имеют одинаковый химический состав -C2H6O , но отличаются друг от друга структурой молекул, т.е. порядком соединения в них атомов (изомеры).Установление закона сохранения массы и положения о постоянстве состава позволило приписать атомам химических элементов строго определенную массу. Значения масс атомов, выраженные в обычно используемых единицах массы (абсолютная атомная масса m
a ), очень малы, поэтому применять их в повседневной практике крайне неудобно. Например, масса атома углерода равна:
ma © = 2,0.10-23г=2,0.10-26кг
В связи с этим была введена особая единица – атомная единица массы (а.е.м.):
1 a.e.m. =1/12 ma (c) = 1,667.10-24г = 1,667.10-27кг
Тогда значение атомной массы любого элемента может быть выражено в а.е.м. Одновременно в химии пользуются относительными атомными массами. Относительной атомной массой элемента называется отношение массы атома к (1/12) массе атома углерода. Обозначается относительная атомная масса элемента символом Аr , где r – начальная буква слова relative – относительный. Важно, что в отличие от величины ma величина Ar безразмерна. Связь между величинами и дается соотношением:
m a = A r . 1 a.e.m.
По аналогии для однозначной характеристики молекул вводится понятие абсолютной и относительной молекулярной массы. Относительной молекулярной массой вещества называется отношение массы молекулы вещества к 1/12 массы атома углерода.Значение абсолютной молекулярной массы определяется соотношением:
mM=M r .1a.e.m.
Кроме рассмотренных величин в химии применяют особую величину – количество вещества , которое определяется числом структурных частиц (атомов, молекул или других частиц) этого вещества и выражается в молях (моль).Моль равен количеству вещества, содержащего столько же структурных частиц данного вещества, сколько атомов содержится в углероде массой 12 г.Для удобства расчетов, проводимых на основании химических реакций и учитывающих количества исходных реагентов и продуктов взаимодействия в молях, вводится молярная масса вещества.Молярная масса вещества представляет собой отношение его массы к количеству вещества:
M= m/⋎
где m – масса в граммах, ⋎ - количество вещества в молях, M – молярная масса в г/моль – постоянная величина для каждого данного вещества. Значение молярной массы численно совпадает с относительной молекулярной массой вещества или относительной атомной массой элемента. Определение, данное молю, опирается на число структурных частиц, содержащихся в 12 г углерода. Было установлено, что указанная масса углерода содержит 6,02.1023 атомов этого элемента. Следовательно, любой химический индивид количеством 1 моль содержит 6,02.1023 структурных частиц (атомов или молекул). Число NA=6,02.1023 было определено в начале XIX в. итальянским ученым А. Авогадро и носит название постоянной Авогадро. Оценка величины стала возможной после установления закона Авогадро (1811 г.).В равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Из закона Авогадро следует, что два газа одинаковых объёмов при одинаковых условиях, хотя и содержат одинаковое число молекул, имеют неодинаковые массы: масса одного газа во столько раз больше массы другого, во сколько раз
относительная молекулярная масса первого больше, чем относительная молекулярная масса второго, т.е. плотности газов относятся как их относительные молекулярные массы:
p1/p2= (M r)1/ (M r)=Di
где p – плотность газа (г/л), Mr – относительная молекулярная масса, Di – относительная плотность одного газа по другому, – индекс, указывающий формулу газа, по отношению к которому проведено определение. Например, DH2- относительная плотность газа по водороду, DВОЗД – относительная плотность газа по воздуху (в этом случае говорят о средней относительной молекулярной массе смеси газов – воздуха; она равна 29). С помощью значения относительной плотности газа Di была определена относительная молекулярная масса и уточнен состав молекул многих веществ, находящихся в газообразном состоянии. Независимая оценка значения молярной массы может быть проведена на основании обобщенного уравнения Клапейрона – Менделеева:
pV=m/M*RT
где p – давление газа в замкнутой системе, V – объем системы, m – масса газа, R – молярная газовая постоянная, равная 8,31Дж/.K.моль T – абсолютная температура.Итак, почти через полвека представления М.В. Ломоносова о молекулах (корпускулах) как о наименьших частицах простых и сложных веществ вновь возрождаются в трудах А. Авогадро. Однако в начале XIX в. эти воззрения не получили должного признания: даже крупные химики того времени Д. Дальтон и И. Берцелиус отрицали возможность существования молекул, состоящих из нескольких одинаковых атомов. Прошло ещё полвека, прежде чем на I Международном съезде химиков, состоявшемся в Карлсруэ (Германия) в сентябре 1860 г., были окончательно приняты основные химические представления (понятия об атомах и молекулах), зародившиеся в виде философского учения в Древней Греции (Левкипп, Демокрит, Эпикур), впервые развитые в виде научной концепции М.В. Ломоносовым, подтвержденные опытами Ж. Пруста, Д. Дальтона, Ж. Гей-Люссака и окончательно сформулированные в трудах А. Авогадро и его ученика С. Канниццаро.
4. Понятие о химических формулах
В химии как в каждой науке, есть своя система условных знаков, знание которой необходимо для понимания этого предмета. Химическая символика -это своеобразний алфавит, с помощью которого записывают «слова»- формулы соединений и «фразы»- уравнения химических реакций, в той или иной мере отражающие реально происходящие процессы. Еще в средневековье известные тогда химические элементы обозначали условными символами, такими же какие использовали для обозначения небесных тел. Дело в том, что по представлениям алхимиков, каждому из известных в то время элементов соответствовало свое небесное тело. Безусловно такие символы для обозначения химических элементов были не очень удобны. Более того к 1800 году было известно около 34 химических элементов (правда некоторые еще не были выделены как простые вещества а были известны преимущественно в виде оксидов) и использование подобной символики стало невозможным. Д. Дальтон предложил другие обозначения химических элементов ниже приведены некоторые примеры этой символики:(таблица-5) Как видно из этих примеров в некоторых случаях Дальтон использовал начальные буквы английских названий элементов ( например: железо-Iron, медь-Copper, свинец - Lead ), обведенные кружком. Известный шведский химик XIX столетия Йенс Якоб Берцелиус, внесший большой вклад в разработку атомистической теории Дальтона предложил совершенно новую символику химическому элементу должен соответствовать свой особый знак который одновременно был один атом. В качестве такого символа было предложено использовать начальную букву латинского названия элемента (например, водород- Hidrohenium - символ H сера – Sulfur- S и т.п.). В тех случаях когда названия двух элементов начинаются с одной и той же буквы добавлялась вторая буква входящая в название этого элемента например С- углерод, Cu- медь, Cd- кадмий. Так появились символы химических элементов которыми пользуются во всем мире и поныне. Некоторые элементы ( например .железо, золото, свинец ) известны с глубокой древности и их названия имеют историческое происхождение. В основу названий элементов, открытых за последние 300 лет были положены различные принципы: по минералу, из которого впервые был выделен этот элемент например бериллий (по названию минерала – берилла) по названию страны- родины первооткрывателя например германий ( нем. Химик К. Винклер ) в честь Гремании по некоторым свойствам например хлор (от греч.xlorod – зеленый )фосфор (от греч. свет несу ) Искусственные элементы получили свои названия в честь известных ученых например менделевий эйнштейний. Если символ химического элемента мысленно вписать в квадрат то углы этого квадрата используют при необходимости для дополнительной информации:С помощью химических символов элементов записывают химические формулы веществ. Наример формула серной кислоты H
2SO4 показывает что молекула этого соединения состоит из двух атомов водорода одного атома серы и четырех атомов кислорода.Используя химические формулы записывают уравнения химических реакций например:
С+O2=CO2
HCI+NAOH=NACI+H2O
В левую часть уравнения записывают вещества вступающие в химическую реакцию реакцию ( исходные вещества ) а в правую – вещества образующиеся в результате реакции (продукты реакции) причем число атомов каждого элемента в левой части уравнения должно быть равно числу атомов этого элемента в правой части ( закон сохранения массы веществ).Любая химическая формула-это условная запись которая несет определенную информацию о данном веществе и в зависимости от того какую информацию хотят сообщить пользуются различными формулами.1Молекулярная формула (или брутто-формула) отражает только качественный и количественный состав соединения т.е. показывает атомы каких элементов и вкаком количестве входят в состав данного вещества и ничего не говорит о его строении например:
H2O CH4 C2H4 NH3
вода метан этилен аммиак
2 Графическая формула (ее ошибочно часто называют структурной формулой) дает дополнительную информацию: кроме качественного и количественного состава она показывает, в какой последовательности атомы связаны друг с другом , а также указывает кратности связей (простая, двойная, тройная). Однако эти формулы ничего не говорят о структуре молекул, т.е. не отражают относительное расположения атомов в пространстве.
3. Электронная формула несет дополнительную информацию по сравнению с графической( хотя по сути очень на нее похожа)- показывает какие из валентных электронов участвуют в образовании связей а также наличие неспаренных пар.
4. Структурная формула изображается в масштабе в соответствующей проекции дающей объемное в масштабе в соответствующей проекции дающей объемное представление о молекуле и показывает относительное расположение атомов в пространстве. При необходимости к структурным формулам прилагаются таблицы в которых указывают длины связей ( расстояния между центрами связанных атомов) и валентные ( углы между связями ).
5. Возможно использование и других вариантов формул для передачи соответствующей информация о маяках и облегчающих восприятие информации.
Химическая формула вещества включает в себя химические символы элементов с указанием подстрочных числовых индексов, чтобы передать соотношение атомов различных элементов в веществе. Примеры химических формул веществ: