Вопрос 1 Основные химические понятия и законыОсновные понятия и законы химии

Химия – наука о свойствах вещества и его превращениях, она включает в себя законы и принципы, описывающие эти превращения, а так же представления и теории, позволяющие дать им объяснение. Рассмотрим следующие определения:Вещество – вид материи, которая обладает массой покоя.Состоит из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов, мезонов и др. Химия изучает главным образом вещество, организованное в атомы, молекулы, ионы и радикалы. Такие вещества принято подразделять на простые и сложные (хим.соединения). Простые вещества образованыатомами одного хим. элемента и потому являются формой его существования в свободном состоянии, напр. Сера, железо, озон, алмаз. Сложные вещества образованы разными элементами и могут иметь состав постоянный.Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства.Различным элементам соответствуют различные атомы, обозначаемые символом данного элемента (Ag, Fe, Mg).Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек.В настоящее время известно 118 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомоввступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, котораяподчиняется законам, характерным для микросистем.Ионы, одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрический заряд.Положительные ионы называют катионами, отрицательные – анионами В свободном состоянии существуют в газовой фазе (в плазме).Валентность, способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи.Реакции химические, превращения одних веществ (исходных соединений) в другие (продукты реакции) при неизменяемости ядер атомов.Исходные вещества иногда называют реагентами, однако чаще (особенно в органической химии) термин "реагент" используют по отношению к одному, наиболее активному исходному соединению, определяющему направление химической реакции.Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков (предложены в 1814 г. Й. Берцелиусом) и индексов (индекс - цифра, стоящая справа внизу от символа. Обозначает число атомов в молекуле).Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле.Простые вещества- молекулы, состоят из атомов одного и того же элемента.Cложные вещества - молекулы, состоят из атомов различных химических элементов.Аллотропия - явление образования химическим элементом нескольких простых веществ, различающихся по строению и свойствам.Международная единица атомных масс равна 1/12 массы изотопа 12C - основного изотопа природного углерода.

1а.е.м = 1/12 • m (12C) = 1,66057 • 10-27 кг

Относительная атомная масса (Ar) - безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1/12 массы атома 12C.Средняя абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м. Ar(Mg) = 24,312

m(Mg) = 24,312 • 1,66057 • 10-24 = 4,037 • 10-23 г

Относительная молекулярная масса (Mr) - безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода 12C.

Mг = mг / (1/12 mа(12C))

mr - масса молекулы данного вещества;mа(12C) - масса атома углерода 12C.Mг = S Aг(э). Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительныхатомных масс всех элементов с учетом индексов.Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м.Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль.Количество вещества, моль. Означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов).Обозначается n, измеряется в моль. Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода.Число Авогадро диКваренья (NA). Количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02 • 1023. (Постоянная Авогадро имеет размерность - моль-1).Молярная масса показывает массу 1 моля вещества (обозначается M).M = m / υМолярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества и численно равна его относительной молекулярной массе, однако первая величина имеет размерность г/моль, а вторая - безразмерная.M = NA • m(1 молекула) = NA • Mг • 1 а.е.м. = (NA • 1 а.е.м.) • Mг = MгЭто означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 80 а.е.м. (SO3), то масса одного моля молекул равна 80 г. Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных соотношений к молярным. Все утверждения относительно молекул остаются справедливыми для молей (при замене, в случае необходимости, а.е.м. на г)Например, уравнение реакции: 2Na + Cl2 ® 2NaCl, означает, что два атома натрия реагируют с одной молекулой хлора или, что одно и то же, два моль натрия реагируют с одним молем хлора.Основные законыЗакон сохранения массы веществ (М.В.Ломоносов, 1748 г.; А.Лавуазье, 1789 г.)Масса всех веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции.Атомно-молекулярное учение этот закон объясняет следующим образом: в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка (т.е. химическое превращение- это процесс разрыва одних связей между атомами и образование других, в результате чего из молекул исходных веществ получаются молекулы продуктовреакции). Поскольку число атомов до и после реакции остается неизменным, то их общая масса также изменяться не должна. Под массой понимали величину, характеризующую количество материи. Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения химических реакций ипо ним производить расчеты. Он является основой количественного химического анализа.Закон постоянства состава впервые сформулировал Ж.Пруст (1808 г)Все индивидуальные химические вещества имеют постоянный качественный и количественный состав и определенное химическое строение, независимо от способа получения.Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы соединяются друг с другом в определенных массовых соотношениях.Пример:CuS-сульфидмеди. m(Cu): m(S) = Ar(Cu): Ar(S) =64: 32 = 2: 1

Чтобы получить сульфид меди (CuS) необходимо смешать порошки меди и серы в массовых отношениях 2: 1Если взятые количества исходных веществ не соответствуют их соотношению в химической формуле соединения, одно из них останется в избытке.Например, если взять 3 г меди и 1 г серы, то после реакции останется 1 г меди, который не вступил в химическую реакцию. Вещества немолекулярного строения не обладают строго постоянным составом.Их состав зависит от условий получения.Закон Авогадро диКваренья (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 кПа) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.

вопрос 5 Атомная орбиталь, квантовые числа. Орбиталь – область наиболее вероятного местонахождения электрона в атом. Электрон движется в атоме вокруг ядра не по линии, а занимает некоторую область пространства. Например, электрон в атоме водорода может с определенной вероятностью оказаться либо весьма близко к ядру, либо на значительном удалении, однако существует определенная область, где его появление наиболее вероятно. Графически орбиталь изображают в виде поверхности, очерчивающей область, где вероятность появления электрона наибольшая. У атома водорода орбиталь электрона имеет сферическую форму.Наличие атомных орбиталей не зависит от количества электронов, поскольку орбиталь — это волновая функция. Однако электрон не может свободно вращаться вокруг ядра, но только в пределах той или иной атомной орбитали. Атом каждого элемента имеет полный набор всех орбиталей на всех электронных уровнях. Их заполнение электронами происходит по мере увеличения заряда ядра, а количество электронов напрямую зависит от заряда этого ядра, то есть от количества протонов в ядре.Электроны стремятся заполнить энергетические уровни, ближайшие к положительно заряженному ядру. На первом энергетическом уровне могут разместиться максимум два электрона, которые заполняют единственную на этом уровне s-орбиталь. Буква s — первая буква слова sharp (резкий). Это означает, что при спектральном анализе орбиталь обнаруживает себя в виде резких спектральных линий.Затем электроны заполняют второй энергетический уровень, на котором помимо s-орбитали появляются также три р-орбитали, имеющих форму объемных гантелей. Буква p — первая буква слова principal (главный). По-видимому, эти спектральные линии, вызывают определенные ассоциации.

Атомные орбитали

Каждая р-орбиталь расположена вдоль одной из трех взаимоперпендикулярных осей пространства и может иметь максимум два электрона. Всего на втором энергетическом уровне может уместиться максимум 8 электронов.Следующий энергетический уровень содержит одну s-орбиталь, три p-орбитали и еще пять d-орбиталей. Всего на третьем энергетическом уровне 9 орбиталей, на которых может разместиться максимум 18 электронов. Буква d — первая буква слова diffuse (размытый).Четвертый энергетический уровень содержит одну s-орбиталь, три p-орбитали, пять d-орбиталей и еще семь f-орбиталей. Всего на четвертом энергетическом уровне размещается максимум 32 электрона. Буква f — первая буква слова fundamental (основной).Пятый энергетический уровень имеет одну s-орбиталь, три p-орбитали, пять d-орбиталей, семь f-орбиталей и еще девять g-орбиталей. Всего на пятом энергетическом уровне может разместиться суммарно максимум 50 электронов. Буква g выбрана по алфавитному принципу.Главное (радиальное) квантовое число — целое число, обозначающее номер энергетического уровня. Характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Является первым в ряду квантовых чисел, который включает в себя главное, орбитальное и магнитное квантовые числа, а также спин. Эти четыре квантовых числа определяют уникальное состояние электрона в атоме (его волновую функцию). Главное квантовое число обозначается как n. При увеличении главного квантового числа возрастает энергия электрона. Главное квантовое число равно номеру периода элемента.Наибольшее число электронов на энергетическом уровне с учётом спина электрона определяется по формуле Четыре параметра - квантовые числа. Главное квантовое число п определяет энергию электрона и степень его удаления от ядра; оно принимает любые целочисленные значения, начиная с 1 (n = 1, 2, 3,..., и т.д.). Орбитальное (побочное) квантовое число l определяет форму атомной орбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до n - 1 (l = 0, 1,..., n - 1). Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы. При l = 0 атомная орбиталь независимо от значения главного квантового числа имеет сферическую форму (называется s-орбиталью). Значению l = 1 соответствует атомная орбиталь, имеющая форму вытянутой гантели (p-орбиталь). Намного более сложную форму имеют орбитали, соответствующие высоким значениям l, равным 2, 3 и 4 (d-, f-, g-орбитали).Магнитное квантовое число m определяет положение атомной орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Магнитное квантовое число изменяется не произвольным образом, а скачком и связано с орбитальным квантовым числом, изменяясь от + l до - l, включая 0. Следовательно, каждому значению l соответствует 2 l + 1 значений магнитного квантового числа.Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения: +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям магнитного момента электрона.