В середине XIX века атомно-молекулярное учение завоевало полное признание. На международном съезде химиков в г. Карлсруэ (Германия) в 1860 г. были приняты чёткие определения понятий атома и молекулы.
Молекула — наименьшая частица вещества, способная к самостоятельному существованию и обладающая химическими свойствами данного вещества.
Такие физические свойства, как температура плавления и кипения, механическая прочность и твёрдость, зависят от прочности связи между молекулами в данном веществе, поэтому для отдельной молекулы они не имеют смысла. А, скажем, плотность существует как для молекулы в целом, так и для вещества. Но плотность молекулы всегда значительно больше, чем для твёрдого вещества, так как в каждом веществе при любом агрегатном состоянии между молекулами всегда есть свободное пространство. Электропроводность, теплоёмкость определяются структурой вещества в целом, а не свойствами отдельных молекул. Это подтверждается резким изменением электропроводности при переходе одного агрегатного состояния вещества в другое. Изменение этих свойств не являются изменением состава молекул, которые при плавлении или кипении вещества не претерпевают существенных превращений.
|
|
Атом — наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул и сохраняющая химические свойства данного элемента.
Молекулы могут содержать различное число атомов. Так, молекулы благородных газов одноатомны, простых газов — двухатомны, воды — трехатомны и т. д., а молекулы белков построены из сотен тысяч атомов.
Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. В результате сочетания атомов одного химического элемента образуется простое вещество, которое является формой существования химического элемента в свободном состоянии. Сочетание атомов различных химических элементов даёт сложное вещество, т. е. химическое соединение.
Многие химические элементы образуют не одно, а несколько простых веществ. Это явление называется аллотропией, а каждое из этих простых веществ — аллотропным видоизменением (модификацией) данного вещества.
Существование аллотропных видоизменений обусловлено неодинаковой кристаллической структурой простых веществ или различным числом атомов, входящих в состав молекул отдельных аллотропных форм.
Аллотропия наблюдается у углерода, кислорода, серы, фосфора и ряда других элементов. Так, графит и алмаз — аллотропные модификации химического элемента углерода. При сгорании каждого из этих веществ образуется диоксид углерода (CO2). Это подтверждает то, что графит и алмаз состоят из одинаковых атомов — атомов химического элемента углерода.
|
|
Для серы известны три аллотропные модификации: ромбическая, моноклинная и пластическая (некристаллическая форма). Все они состоят из атомов серы и при их сгорании в кислороде образуется одно и то же вещество — сернистый газ (SO2).
Фосфор образует три аллотропные модификации — белый, красный и чёрный фосфор. Продуктом их сгорания является гемипентаоксид фосфора (Р2О5).
Аллотропные модификации химического элемента различаются физическими свойствами и химической активностью. Так, белый фосфор светится в темноте, очень ядовит, воспламеняется на воздухе, легко вступает в химические реакции с другими веществами. Красный фосфор, напротив, не светится, не ядовит, не воспламеняется на воздухе, в химические реакции вступает при более высоких температурах, чем белый.
Атомные и молекулярные массы. Одной из важнейших характеристик атома является его масса.
Атомной массой химического элемента Х [(M(Х)] называется его атомная масса выраженная в атомных единицах массы.
Молекулярной массой вещества называется масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Например: М(СО2) = 44 а.е.м.
До 1961 года для измерения атомных масс использовалась кислородная единица (к. е.), равная 1/16 массы атома кислорода. Введение углеродной шкалы атомных масс вместо кислородной связано с различием эталонов физической и химической атомных шкал. При физических исследованиях в качестве единицы измерения принималась 1/16 массы изотопа кислорода-16, а в основе химической шкалы была 1/16 средней массы атома природного кислорода, состоящего из смеси изотопов 16О, 17О, 18О, поэтому величины некоторых констант рассчитанных по физической и химической шкалам были различными. Кроме того, изотопный состав природного кислорода также непостоянен. В связи с чем и был осуществлен переход на углеродную единицу (у.е.), которую в дальнейшем стали называть атомной единицей массы.
На практике мы не можем с вами работать с отдельными молекулами, поэтому используется понятие единицы количества вещества — моль.
Моль —это единица количество вещества, содержащее столько структурных единиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода-12. Под структурной единицей можно понимать молекулу, атом, протон, электрон и т.п.
Число частиц в одном моле вещества в настоящее время определено с большой точностью — 6,0249·1023. В практических расчетах его принимают равным 6,02·1023. Это число называется числом Авогадро и обозначается буквой NA.
Чтобы представить себе, как велико число Авогадро, допустим, что нам удалось пометить все молекулы, содержащиеся в одном моле воды (18 г). Если эту воду вылить в океан и дождаться, когда воды Мирового океана перемешаются, то набрав в любом месте стакан воды, мы найдём в нём примерно 100 меченых молекул. Если ящик заполнить молем горошин диаметром 3 мм, то длина ребра ящика составит 565 км, а моль кокосовых орехов диаметром 14 см заполнил бы земной шар.
Масса моля вещества называется его молярной массой. Молярную массу обычно выражают в граммах на моль (г/моль) или килограммах на моль (кг/моль). Так, М(СаСО3) = 100 г/моль = 0,1 кг/моль.
В химии количество вещества измеряется в молях и обозначается n. Количество вещества Х, рассчитывается по формуле:
n(Х) = m(X)/M(X).
Моль любого вещества содержит одно и тоже число структурных частиц независимо от его химических свойств и агрегатного состояния. Это первое следствие из закона Авогадро.
Из этого следует, что моль молекул различных газов при одних и тех же условиях занимает одинаковый объём. Этот вывод был подтверждён опытными данными. Это второе следствие из закона Авогадро.
Объём, занимаемый молем газа при нормальных условиях (температура 0 °С, давление 760 мм рт. ст. = 101325 Па) называют молярным объёмом. Он равен 22,4 литра.