Тема № 1. Основные понятия и законы химии

В результате изучения содержания этой главы студент должен:

Знать

•основные понятия химии, атомно-молекулярное учение;

•закон постоянства состава вещества, закон сохранения массы, закон Авогадро и следствия из него;

•понятия эквивалента, фактора эквивалентности;

Уметь

•осуществлять расчеты по формулам веществ, стехиометрические расчеты по уравнениям реакций;

•рассчитывать концентрации растворенных веществ;

Владеть

•теоретическими основами атомно-молекулярного учения;

•методами решения расчетных задач;

•техникой выполнения химических экспериментов;

• навыками работы с химическим оборудованием и реактивами.

 

Предмет изучения (химические определения)

В основе современной химии как науки лежит атомно-молекулярное учение. Его основные положения, формировавшиеся на протяжении нескольких веков, в современной трактовке сводятся к следующим.

• Все вещества состоят из атомов. Атомы различных видов отличаются массой и свойствами.

• Атомы могут объединяться в молекулы. Атомы и молекулы находятся в непрерывном движении, скорость которого возрастает с повышением температуры.

• Существуют вещества молекулярного и немолекулярного строения. У веществ с молекулярным строением в твердом состоянии в узлах кристаллической решетки находятся молекулы (Н₂О, С₆H₁₂O₆, и др.). У веществ с немолекулярным строением в твердом состоянии в узлах кристаллической решетки находятся атомы или ионы (алмаз, графит, NaCl и др.).

• Расстояния между молекулами зависят от агрегатного состояния вещества и от температуры. Наибольшие расстояния существуют между молекулами газов, наименьшие — в твердых веществах.

• Между молекулами действуют силы взаимного притяжения и отталкивания.

При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических, как правило, разрушаются или видоизменяются.

Атом — мельчайшая химически неделимая частица вещества. Атом электрически нейтрален и представляет собой систему, состоящую из элементарных частиц — протонов и нейтронов, входящих в ядро атома (нуклонов), а также электронов, окружающих ядро, связанных сложными электромагнитными и другими взаимодействиями.

Молекула — мельчайшая электронейтральная частица вещества, сохраняющая его состав и химические свойства. Молекула может состоять из одного (инертные газы), двух (например, О₂) или более (например, С₆Н₁₂О₆) атомов, характеризуется видом и числом входящих в нее атомов, а также определенной структурой.

Формульная единица вещества — это химическая частица (атом, молекула, катион, анион), а также любая совокупность химических частиц, передаваемая ее химической формулой, например: Na, Н₂О, NaCl, CuSО₄∙5H₂О и т.д.

Протон (р), масса 1,67∙10^-21 кг (1 а.е.м.), имеет положительный заряд 1,6∙10^-19 Кл (условно +1).

Нейтрон (n), масса 1,67 • 10^-21 кг (1 а.е.м.).

Электрон (е), масса покоя 9,1•10^-31кг (1/1836 а.е.м.), имеет отрицательный заряд 1,602∙10^-19 Кл (условно -1).

Химический элемент — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Каждый элемент имеет свое название и свой символ.

Для каждого электронейтрального атома:

Число протонов = Заряд ядра (Z) = Число электронов = Порядковый номер элемента.

Массовое число атома (А) равно сумме протонов (Z) и нейтронов (N):

А = Z + N

                                       Массовое Заряд

  число    ядра

 

Изотопы — разновидности атомов одного химического элемента, имеющие разные массовые числа.

Атомная масса химического элемента равна среднему значению масс всех его изотопов с учетом их распространенности в природе. Для удобства расчетов введена специальная единица измерения атомных масс, а именно 1 а.е.м.

Атомная единица массы (а.е.м.) — это 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²С (1,66∙10^-24г). Часто ее называют далътоном (Да). 1 Да = 1 а.е.м.

Относительная атомная масса элемента (А_r) — отношение средней массы атома данного элемента для природного изотопного состава к 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²С.

Относительная молекулярная масса (М_r) — отношение средней массы молекулы данного вещества для природного изотопного состава входящих в него элементов к 1/12 массы атома изотопа углерода С. Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс всех входящих в состав молекулы элементов, вычисляется по химической формуле вещества, например:

M_r(H₂SO₄) = 1∙2 + 32 + 16∙4 = 98.

Ион — заряженная частица, состоящая из одного или нескольких атомов. Положительно заряженные ионы называются катионами (К⁺, NH₄⁺ и др.), отрицательно заряженные — анионами (ОН^-, Сl^-, NO₃^- и др.).

Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного элемента (O₂, Н₂, Сl₂ и др.).

Аллотропия — способность элементов образовывать несколько простых веществ. Аллотропия может быть обусловлена различным числом атомов в молекуле (O₂ и О₃ и др.) или различием в строении кристаллической решетки, например, алмаз и графит.

Сложное вещество — вещество, состоящее из атомов разных элементов, например, Н₂O, NaCl.

Моль — единица измерения количества вещества. Моль — это такое количество вещества, которое содержит столько же структурных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных элементов), сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода ¹²С, а именно 6,022•10²³. Эта величина называется числом Авогадро (N_A = 6,022•10²³ моль^-1).

Молярная масса (М) — масса (в граммах) 1 моль вещества. М численно равна А_r или М_r Единица измерения — г/моль.

Закон постоянства состава вещества:

всякое химически чистое вещество молекулярного строения имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способа и места его получения.

Для веществ немолекулярного строения возможны небольшие отклонения от этого закона.