Учение о составе вещества

Первый действенный способ решения проблемы происхождения свойств вещества появился в 17в. в работе английского ученого Р.Бойля. Его исследования показали, качества, и свойства тел не имеют абсолютного характера и зависят от того, из каких химических элементов эти тела составлены. У Бойля наименьшими частичками вещества оказались атомы, которые могли связываться друг с другом, образуя кластеры (молекулы).

В зависимости от объема и формы молекул, от того, находились ли они в движении или покоились, зависели и свойства природных тел.

В период с середины 17в. до первой половины 19в. учение о составе вещества представляло собой всю химию того времени. Оно существует и сегодня, представляя собой первую концептуальную систему химии. На этом уровне химического знания ученые решали и решают три важнейшие проблемы: химического элемента, химического соединения и задачу создания новых материалов с вновь открытыми химическими элементами.

Концепция химического элемента появилась в химии результате стремления человека обнаружить первоэлемента природы. Р.Бойль положил начало современному представлению о химическом элементе как о простом теле, пределе химического разложения вещества, переходящем без изменения из состава одного сложного тела в другое.

Но еще целый век после этого химики делали ошибки в выделении химических элементов: сформулировав понятия химического элемента, ученые не знали, ни одного из них.

Химическим элементом называют все атомы, имеющие одинаковый заряд ядра. Особой разновидностью химических элементов являются изотопы, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов, но содержит одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и, то, же место в периодической системе элементов. Термин «изотоп» был введен в 1910 г. английским радиохимиком Ф.Содди. Различают стабильные (устойчивые) и нестабильные (радиоактивные) изотопы.

С момента открытия изотопов наибольший интерес вызвали радиоактивные изотопы, которые стали широко стали использоваться в атомной энергетике, приборостроении, медицине и т.д.

Концепция химических соединений. Долгое время химики эмпирическим путем определяли, что относится к химическим соединениям, а что – к простым телам или смесям. В начале 19в. Ж.Пруст сформулировал закон постоянства состава, в соответствии с которым любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизменным составом и тем самым отличается от смесей.

Теоретическое обоснование закона Пруста было дано Дж. Дальтоном в законе кратных отношений. Согласно этому закону состав любого вещества можно было представить как простую формулу, а эквивалентные составные части молекулы-атомы, обозначавшиеся соответствующими символами,- могли замещаться на другие атомы.

Но дальнейшее развитие химии и изучение все большего числа

соединений приводили химиков к мысли, что наряду с веществами, имеющими определенный состав, существуют еще и соединения переменного состава - бертоллиды. В результате были переосмыслены представления о молекуле в целом. Молекулой, как и прежде, продолжали называть наименьшую частичку вещества, способную определять его свойства и существовать самостоятельно. Но 20в. была понята сущность химической связи, которая стала пониматься как вид взаимодействия между атомами и атомно-молекулярными частицами, обусловленный совместным использованием их электронов. Согласно теории химических связей различают 4 основных ти­па химических связей:

• ионную;

• ковалентную;

• водородную;

• металлическую.

Ионная связь образуется в том случае, когда, объединяясь в одну

молекулу, один из атомов теряет электроны со своей внешней оболочки

(катион), а другой их приобретает (анион).

Ионные соединения - это, как правило, твердые вещества, имеющие очень высокую темпе­ратуру плавления (поваренная соль).

Ковалентная связь образуется в результате электронной пары,

принадлежащей одновременно обоим атомам, создающим моле­кулу

вещества. Поскольку такие молекулы удерживаются сла­быми силами,

они неустойчивы и существуют в виде жидко­стей или газов с низкими

температурами плавления и кипения (кислород, бутан).

Водородная связь обусловлена поляризацией ковалентных связей, когда

совместные электроны большую часть времени находятся у атома элемента,

связанного с атомом водорода. В результате та­кой атом получает

небольшой отрицательный заряд, что делает соединения с водородными

связями более крепкими по срав­нению с другими ковалентными

соединениями (вода).

Металлические связи обусловлены свободным перемещением

электронов внешних оболочек атомов металлов. Этим обуслов­лена

хорошая электропроводность металлов. Атомы в металлах выстраиваются

в точно подогнанные друг к другу ряды, удержи­ваемые вместе единым

электронным полем.

Поэтому теперь под химическим соединением понимают определенное вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет взаимодействия друг с другом объединены в частицу, обладающую устойчивой структурой: молекулу, комплекс, монокристалл или иной агрегат.