Основы химии - Курс лекций

Курс лекций «Химия» Рекомендуемая литература к курсу лекций «Химия»Место химии в ряду наук о природе. Особенности, разделы и задачи химии. Количественные соотношения в химии 6.

Савельев Г.Г., Смолова Л.М. Химия Уч. пособие ТПУ, 2000

4

?Химия - наука, изучающая вещества и процессы их превращения, сопровождающиеся изменением состава и структуры.

5

6

Особенности химии как науки

?Отсутствие собственных законов ?Многообразие объектов

?Создание собственного предмета для изучения

- большинство из 20 млн.веществ не существует в природе

Основная веществ с задача химии - создание полезными свойствами

7

Задачи химии

?изучение качественного и количественного состава веществ

?изучение закономерностей превращения веществ

8

Вещества

Вещество - совокупность атомов, молекул, ионов

Индивидуальные (чистые)

Простые

Сложные (химические соединения)

а) постоянного состава - CO2 б) переменного состава - TIOX

Смеси

Вещество - химическое соединение имеющее определенный состав, структуру и свойства

9

Молекула

? это самая маленькая частица вещества, кtrialя сохраняет его химические свойства.

?Молекула- это совокупность атомов, соединенных химической связью, имеющая строго определенный состав.

? Молекулы имеют массу, размеры, химические свойства.

? Молекулы одного вещества одинаковы.

? Молекулы разных веществ имеют разный состав, разную массу, разные размеры, разные свойства.

Например все молекулы воды одинаковы.

Н2О

Молекулы воды и йода разные I2

10

Молекула

?из молекул состоят вещества в газообразном состоянии

?в твердом (кристаллическом) состоянии из молекул состоят только вещества, имеющие молекулярную структуру( например, органические вещества, неметаллы (за небольшим исключением), оксид углерода

(IV)СО2, вода

?не имеют молекулярной структуры многие соли, оксиды и сульфиды металлов, алмаз, кремний, металлы.

Они состоят не из молекул, а из других частиц

(ионов, атомов) и существуют в виде макротел.

11

Атомы

? Атом (греч. ?????? - неделимый) - это наименьшая частица химического элемента, способная к самостоятельному существованию и являющаяся носителем его свойств.

? Химический элемент - вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Обозначение: ? Атом представляет собой электронейтральную микросистему, состоящую из положительно заряженного ядра и соответствующего числа электронов.

? В случае одноатомных молекул (например, благородных газов) понятия атома и молекулы совпадают.

12

Изотопы

?Изотопы (греч. ???? - одинаковый ????? - место) - нуклиды, имеющие одинаковое число протонов, но различающиеся массовыми числами.

?Нуклиды (лат. nucleus - ядро) - общее название атомных ядер, характеризуются определенным числом протонов и нейтронов (величиной положительного заряда и массовым числом)

Изотопы - атомы одного и того же химического элемента.

Например: - изотопы натрия.

13

Аллотропия и полиморфизм

?Простое вещество - это форма существования химического элемента.

Многие элементы могут существовать в виде нескольких простых веществ, например, углерод (графит, алмаз, карбин, фуллерены),

Известно около 400 простых веществ.

14

Аллотропия и полиморфизм

Аллотропия (греч. ????? - другой ????? - поворот) - способность химического элемента существовать в виде двух или нескольких простых веществ, отличающихся

Полиморфизм (греч. ?????????? - многообразный) -ли 2 3 количеством атомов в молекуле (например, O и O ) и разной структурой кристаллов (графит и алмаз). способность твердых веществ существовать в двух или нескольких формах с различной кристаллической структурой и различными же свойствами.

Такие формы называются полиморфными модификациями.

Htrialep, FES2 может образовывать два вещества с различными кристаллическими структурами : пирит и марказит.

Являются ли эти вещества аллотропными модификациями? Не являются. полиморфные формы. графит алмаз - это и алл тропные формы, и

15

Количественные соотношения в химии

Атомная единица массы (а. е. м.) - единица измерения масс атомов, молекул и элементарных частиц. Ar

Масса этого нуклида в единицах СИ равна 1,9927 ? 10-д кг.

За атомную единицу массы принята 1/12 массы нукли а 12 углерода C.

26

Молекулярная масса - масса молекулы, выраженная в а. е. м. Масса молекулы практически равна сумме относительных атомных масс входящих в нее атомов. Mr

Молярная масса вещества (М) - отношение массы этого вещества (m) к его количеству (n) Размерность: г/моль

16

Количество вещества

Моль - единица измерения количества вещества. Обозначается n.

1 моль - это такое количество вещества, в котором содержится столько же структурных единиц (атомов, молекул, ионов, радикалов), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода 12C, а именно -

N = 6,022 ? 10 моль - число Авогадро.

A 23 -1

17

Основные законы химии

Закон сохранения энергии - энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, но отдельные ее виды могут переходить друг в друга по строго определенным эквивалентным соотношениям.

Закон сохранения массы (М. В. Ломоносов, 1748 г.) - масса всех веществ, вступивших в реакцию, равна массе всех продуктов реакции. в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка.

Так как число атомов до реакции и после остается неизменным, то их общая масса также не изменяется.

На основании этого закона проводятся все расчеты по уравнениям химических реакций.

18

Стехиометрические законы

Закон постоянства состава (Пруст, 1806 г.) - каждое химическое соединение имеет вполне определенный и постоянный состав.

Следствие: состав химического соединения не зависит от способа его получения

Дальтониды - вещества, состав которых подчиняется этому закону.

Бертоллиды - вещества, состав которых зависит от способа получения (например, оксиды переходных металлов).

Состав оксида титана TIO меняеться в пределах: от TIO0.65 до TIO1.25

Оксида железа состава FEO не существует: от FEO0.89 до FEO0.95

19

Закон кратных отношений (Дальтон Джон, 1803 г) - если два элемента образуют между собой несколько соединений, то массовые количества одного элемента, соединяющиеся с одним и тем же массовым количеством другого, относятся между собой как небольшие целые числа.

John Dalton, 1766-1844 m /m = р А /А где р = 1,2, ....

1 2 1 2

Например, при образовании поваренной соли NACL отношение масс MNA/MCL хлора равно 23/35

( р = 1, ANA=23, ACL = 35).

20

Эквивалент. Закон эквивалентов

Согласно международной системе единиц (СИ): 1 эквивалент вещества - реальная или условная частица, которая в данной обменной реакции соединяется с одним ионом водорода или вытесняет его из соединения, либо каким-то опосредованным образом стехиометрически равноценна ему.

Масса одного эквивалента элемента называется его эквивалентной массой. Мэ

Мэ=f M f - фактор эквивалентности

21

Эквивалент. Закон эквивалентов trial эквивалентов - массы веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции, пропорциональны их эквивалентным массам. m1/m2 = МЭ1/МЭ2

22

Газовые законы

Закон Авогадро - в равных объемах различных газов при одинаковых внешних условиях содержится одинаковое число молекул.

Следствие 1: Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает один и тот же объем.

Следствие 2: При нормальных условиях (н. у.): t = 0°C (T = 273 K), p = 101325 Па = 101,325 КПА = 1 атм = 760 мм рт. ст.- 1 моль любого идеального газа равен 22,4

-2 3

M л/моль (22,4 ? 10 м ) (молярный объем V )

Следствие 3: 1 моль любого веществ сод ржит

23

A одинаковое число частиц - 6,023 ? 10 а = Ne- число

Авогадро

Следствие 4: Плотности идеальных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) прямо пропорциональны их молярным массам:

23

Закон Авогадро

Для газов вводят понятие относительной плотности одного газа по другому. DA(X) - относительная плотность газа Х по газу А:

24

Уравнение Клапейрона-Менделеева

где R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314

Дж/(моль?К), а M - молярная масса вещества, которая r численно совпадает с M . Уравнение можно записать в виде:

объединенный газовый закон Из него получаются законы

T=const PV=const — закон Бойля — Мариотта.

— закон Гей-Люссака.

— закон Шарля

25