Теории химии

Химия

Предмет химии. Значение химии в народном хозяйстве и быту. Химия - наука о веществах, их свойствах, строении и взаимные действия. Предмет изучения химии - химические элементы и их соединения, а также закономерности хода разных химических реакций. Примеры применения химии в разных отраслях:

- медицина - лекарственные средства и разные медицинские материалы;

- сельское хозяйство - удобрения, средства защиты растений;

- пищевая промышленность - красители, ароматизаторы, вкусовые добавки, синтезированные пищевые продукты;

- металлургия - процессы добывания металлов и их сплавов;

- химическая промышленность - химическая связь, химические реактивы, пластмассы, искусственные ткани, красители;

- строительство - строительные материалы: цемент, шифер, кирпич, окрашивающие материалы и тому подобное.

Практически невозможно перечислить все случаи использования химических знаний, но есть еще один важный аспект их приложения : без них невозможно понять сущность явлений и процессов, исследуемых физикой, биологией, геологией и другими науками.

Строение и свойства веществ

Атом - электронейтральная частица, которая состоит из положительно заряженного ядра и негативно заряженных электронов.

Молекула - наименьшая частица вещества, которая имеет ее химические свойства. Она может состоять из одинаковых или разных атомов.

Ион - частица, которая имеет заряд. Положительно заряженные ионы называются катионами, негативно заряженные - анионами.

Радикал - электронейтральная частица, которая имеет один или несколько неспаренных электронов.

Вещество - совокупность атомов, молекул или ионов, что имеет определено агрегатное состояние.

Агрегатные состояния веществ: жидкий, твердый, газообразный, плазма.

Простые и сложные вещества

Вещества разделяются на простые и сложные. Простые вещества образованы атомами одного элемента, сложные вещества образованы атомами разных элементов. Простые вещества разделяются на металлы и неметаллы, а сложные вещества - на неорганические и органические. Такое распределение условно, поскольку не существует четкого предела между металлами и неметаллами. Много веществ имеют и те, и другие свойства, например графит, горн и др. Также условным является разделение на органические и неорганические вещества.

Чистые вещества и смеси

Чистое вещество - это вещество, которое состоит из частиц определенного вида (атомов, молекул, ионов) и имеет постоянные физические свойства. Смеси веществ состоят из двух или больше чистых веществ. Чистые вещества, которые входят в состав смесей, сохраняют присущие им свойства. Физические методы позволяют разделять смеси на составные части, а именно на чистые вещества.


Основные способы разделения смесей

Физическое свойство, которое используют для разделение смесей

Основные методы разделения смесей

Плотность

Отстой, декантация

Намочиваемость

Флотация

Размер частиц

Просееваемость

Магнетизм

Магнитная сепарация

Температура кипения жидкости

Испарение, дистиляция, чушение

Твердое вещество

Кристализация

Адсорбция — поглощение вещества поверхностью сорбента

Хрототография

Масса

Центропритяжение

Молекулярное та немолекулярное строение вещества

Вещества, которые состоят из молекул, имеют молекулярное строение, а те, что состоят с   атомов или ионов характеризуются немолекулярным строением.
Строение вещества и свойств

Молекулярное строение

Немолекулярное строение

Газы, жидкости, твердые вещества

Твердые кристаллические вещества

Слабые силы притяжения между молекулами

Большие силы притяжения между атомами и ионами

Низкая температура кипения

Высокая температура кипения

Легко плавкие вещества

Тяжело плавкие вещества

Аллотропия

Много химических элементов образуют несколько простых веществ, которые различаются за строением кристаллических решеток или числом атомов в молекуле. Такое явление называется аллотропией, а простые вещества - алотропними видоизменениями, или модификациями.

Изомерия

Изомерия - явление, при котором сложные вещества имеют одинаковый состав и одинаковую молярную массу, но разное строение молекул, а потому и разные свойства. Такие вещества называются изомерами.

Химический элемент

Химический элемент - группа атомов с одинаковым позитивным зарядом ядра. Все известные элементы представлены в Периодической системе химических элементов Д.І.Менделєєва. Их число ограничено, но комбинации этих элементов дают все многообразие известных в данное время веществ (около 10 млн). Самые распространенные элементы Вселенной - Гидроген и Гелий.

Распространение химических элементов в литосфере Земли.

Элемент

Содержимое

Оксиген

466 000

Силиций

277 200

Алюминий

81 300

Ферум

50 000

Кальций

36 300

Натрий

28 300

Калий

25 900

Прометий

<1 * 10 (в – 19 степени)


Распространение химических элементов в гидросфере Земли.

Элемент

Содержимое (в граммах на 1 т води)

Оксиген

856 000

Гидроген

107 800

Хлор

19 870

Натрий

11 050

Прометий

<1 * 10 (в – 19 степени)

Символы химических элементов

Я. Берцелиус (в 1814 г.) предложил для обозначения символов химических элементов буквы латинского алфавита. При этом используют первую или первую и одну из следующих букв латинского названия элемента. В современной научной украинской литературе названия элементов пишутся из большой буквы.

Названия химических элементов

Алюминий

Aluminium

Al

Аргентум

Argentum

Ag

Аурум

Aurum

Au

Бром

Bromum

Br

Гидроген

Hydrogenium

H

Ферум

Ferrum

Fe

Иод

Iodum

I

Калий

Kalium

K

Калиций

Calcium

Ca

Оксиген

Oxygenium

O

Силицый

Silicium

Si

Магний

Magnesium

Mg

Купрум

Cuprum

Cu

Натрий

Natrium

Na

Плюмбум

Plimbum

Pb

Сульфур

Sulfur

S

Карбон

Carboneum

C

Фосфор

Phosphorus

P

Флуор

Fluorum

F

Хлор

Chlorum

Cl

Цинк

Zincum

Zn

Меркурий

Hydrargirum

Hg

Валентность атомов элементов. Определение валентности и складывание химических формул за валентностью атомов элементов

Валентность - это свойство атомов химического элемента образовывать химические связи с определенным числом атомов других химических элементов. За единицу валентности принятая валентность атома Гидрогену. Он одновалентен, то есть может образовывать только одна связь. Количественное значение валентности других элементов определяется числом атомов Гидрогену, которые присоединяет атом данного химического элемента. Валентность обозначается римской цифрой над символом элемента.

Например:

- хлороводород - здесь хлор одновалентен, потому что удерживает 1 атом Гидрогену;

- амониак - Нитроген трехвалентный, потому что соединен с 3 атомами Гидрогену.

Оксиген в соединениях двухвалентен.

Бинарные соединения состоят из атомов двух элементов. Зная валентность элементов, можно сложить химическую формулу, например, формулу алюминий оксида. Для этого производим такие действия.

1) Записываем химические символы - AlO.

2) Находим менее всего общее кратное валентности.

3) Менее всего общее кратное делимо на валентность каждого из элементов. Полученные цифры являются индексами.

Валентность для элементов I, II, III групп Периодической системы Менделеева у основному равняется номеру группы; для элементов других групп валентность - величи­на переменная. В этом случае одно из ее значений равняется номеру группы.

При переменной валентности одного из элементов в соединении значения ее указывается в скобках рядом с формулой: карбон(ІІ) оксид - СО; карбон(IV) оксид -, где II, IV - значение валентностей Карбона.

Формулы химия

Атомная масса

Абсолютные значения масс атомов элементов - очень малые величины, и пользоваться ими неудобно. Поэтому в расчетах применяют относительные значения масс атомов.

Атомной единицей массы (а. о. г.) называется 1/12 часть массы атома Карбона.

Относительной атомной массой называется число, которое показывает, в сколько раз масса одного атома элемента больше при 1/12 массе атома Карбона :

где m - масса атома любого элемента, - масса атома Карбона.

Например

Относительная атомная масса - величина безразмерная.

Молекулярная масса

Относительная молекулярная масса - число, которое показывает, в сколько раз масса данной молекулы больше при 1/12 массе молекулы углерода. Это безразмерная величина, которая обозначается Mr. Относительную молекулярную массу вычисляют добавлением относительных атомных масс всех элементов, которые входят в молекулу, с учетом индексов.

Массовая часть

Массовая часть элемента в веществе (?) - это отношение его относительной атомной массы к относительной молекулярной массе вещества, в состав которой он входит. Она выражается в частях единицы или в процентах: Зная химическую формулу вещества, можно найти отношение масс элементов в ее составе. Например, отношение масс элементов в сероводороде, или .

Количество вещества. Стала Авогадро. Молярная масса

Количество вещества (n) - это определенное число любых структурных единиц (атомов, молекул, ионов и тому подобное). Единица измерения количества вещества - моль. В 1 моль число любых частиц равняется, то есть столько же, сколько содержится в 0,012 кг углерода. Это число определено экспериментально и называется постоянным Авогадро: Используя постоянную Авогадро, можно рассчитать число структурных единиц вещества N в известном количестве вещества n : Масса 1 моль называется молярной массой (M). Ее можно вычислить по формуле:

Размерность молярной массы - г/моль. Численные значения молярной и относительной молекулярной масс сбегаются, то есть.

Определив количество вещества, можно найти число молекул (атомов, ионов) в данной массе вещества.

Газы реагируют между собой в определенных объемных отношениях. В 1808 г. Ж. Л. Гей-Люссак установил такую закономерность:

Объемы газов, которые вступают в реакцию, относятся друг к другу и к газообразным продуктам реакции как небольшие целые числа.

Открытый ученым закон известен в химии как закон объемных отношений. Для его сдерживания необходимо, чтобы объемы газов, которые участвуют в реакции, измерялись при одинаковых температурах и давлении. Отношение объемов газов, которые вступают в химическую реакцию, отвечают коэффициентам уравнения .В данном случае 3 объема водорода реагируют с 1 объемом азота в результате чего образуются 2 объема аммиака, то есть выдерживается соотношение .

Закон Авогадро

Для объяснения простых соотношений между объемами газов, которые реагируют, используют закон Авогадро : В одинаковых объемах разных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул.

Из закона Авогадро выплывают два последствия:

1) Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объем.

При нормальных условиях (н. в.), то есть при температуре 273 К и давлению 101,3 кПа (1 атм), 1 моль любого газа занимает объем, который равняется 22,4 л. Этот объем называют молярным объемом газа и помечают как л/моль.

2) При постоянном давлении и температуре плотность газа определяется только его молярной массой.

Это позволяет ввести понятие относительной плотности первого газа за вторым.