Терміни, основні поняття та закони хімії
Отже, почнемо розповідь про основні поняття та закони хімії. Спочатку дамо визначення науки:Хімія — наука про речовини, закономірності їх перетворень (фізичні та хімічні властивості) та застосування.
Основні поняття хімії
Біля витоку основних понять хімії стоїть атомно-молекулярне вчення, яке дає визначення молекули і атома:
Молекула — це найменша частка певної речовини, яка має її хімічні властивості. Склад та хімічна будова молекули визначають її хімічні властивості. Усі речовини складаються із молекул, а молекули з атомів.
Атом - це найменша частка хімічного елемента, що входить до складу молекул простих і складних речовин, це електронейтральна частка, яка складається з позитивно зарядженого ядра атома і негативно заряджених електронів, що обертаються навколо ядра.
Молекули та атоми перебувають у постійному русі.
Нині відомо 110 елементів, 89 у тому числі знайдено у природі, інші отримані штучно (див. Цікаві факти про хімічні елементи). Що ж такеХімічний елемент? Це такий вид атомів, який має певний заряд ядра та будову електронних оболонок.
Тепер розглянемо будову атомного ядра та таке основне поняття хімії.
Атомне ядро складається з протонів (Z) і нейтронів (N), має позитивний заряд, що дорівнює за величиною кількості протонів (або електронів у нейтральному атомі) і збігається з порядковим номеромелемента у періодичній таблиці. Сумарна маса протонів і нейтронів атомного ядра називається масовим числом A = Z + N. Існують хімічні елементи (ізотопи ), що мають однаковий заряд ядер, але при цьому різні масові числами, що досягається за рахунок різного числа нейтронів у ядрі .
Якась сукупність атомів і молекул, їх асоціатів і агрегатів, які можуть перебувати в будь-якому з трьох агрегатних станів, утворюють речовину.
Прості речовини складаються з атомів одного виду, аскладні речовини (хімічні сполуки) складаються з атомів різного виду і утворюються при хімічній взаємодії атомів різних хімічних елементів.
Зустрічається явище, при якому один хімічний елемент може утворювати декілька простих речовин, різних за властивостями та будовою. Це називаєтьсяАлотропією.
У 1814 р. Й. Берцеліус запропонував використовувати хімічну формулу — запис складу речовин за допомогою хімічних знаків та індексів.
Хімічна речовина характеризується атомною масою, а молекули молекулярною масою.
Відносна атомна маса(Ar) – це відношення середньої маси атома елемента (з урахуванням відсоткового вмісту ізотопів у природі) до 1/12 маси атома 12 C.
Відносна молекулярна маса(Mr) — величина, що показує, у скільки разів маса молекули даної речовини більша за 1 /12 маси атома вуглецю 12 C. Відносна молекулярна маса речовини дорівнює сумі відносних атомних мас усіх елементів, що становлять хімічну сполуку, з урахуванням індексів.
Міль речовини (n) - це кількість речовини, що містить стільки молекул, атомів, іонів, електронів або інших структурних одиниць, скільки міститься їх у 12 г ізотопувуглецю 12 C.
Число структурних одиниць, що містяться в 1 молі речовини дорівнює 6,02 • 10 23 .
Молярна маса(M) показує масу 1 молячи речовини і дорівнює відношенню маси речовини до відповідної кількості речовини.
Для зручнішого порівняння можливості різних елементів до сполуки введено поняття хімічного еквівалента. Це одне з найважливіших понять хімії, дамо йому визначення:
Хімічним еквівалентом речовини називається така його кількість, яка з'єднується з 1 молем атомів водню або заміщає ту саму кількість атомів водню в хімічних реакціях. Маса 1 еквівалента речовини називаєтьсяеквівалентною масою(mекв).
Еквівалентну масу сполуки можна визначити за її хімічною формулою, наприклад,
m екв(оксиду) = М (оксиду)/(число атомів кисню*2); m екв(підстави) = М (підстави)/число гідроксильних груп; m екв(кислоти) = М кислоти/число протонів; m екв(солі) = М солі /(число атомів металу*валентність металу).
Аналогічно можна дати визначення поняття еквівалентний обсяг.
Еквівалентний обсяг – це той обсяг, який за цих умов займає 1 еквівалент речовини. Оскільки еквівалент водню дорівнює 1 моль, а 22,4 л Н2 містяться 2 еквіваленти водню; тоді еквівалентний об'єм водню дорівнює 22,4/2=11,2 л/моль, для О2 еквівалентний об'єм дорівнює 5,6 л/моль.
Визначити еквівалент речовини можна також з його з'єднання з іншою речовиною, еквівалент якого відомий.
Визначити молярну масу еквівалента (еквівалентну масу) можна виходячи ззакону еквівалентів, який свідчить, що хімічні елементи з'єднуються між собою або заміщають один одного вкількостях, пропорційних їх молярним масам еквівалентів:
де m1 і m2 — маси речовин, що реагують або утворюються, m екв1 і m екв2 — еквівалентні маси цих речовин.
Основні закони хімії
Нижченаведені закони прийнято вважати основними законами хімії. У 1756 р. М.В. Ломоносов, після тривалих випробувань, дійшов важливого відкриття: вага всіх речовин, які у хімічну реакцію, дорівнює вазі всіх продуктів реакції.
Закон збереження речовини відображається в законі збереження маси, який полягає в наступному: маса речовин, що вступили в хімічну реакцію, дорівнює масі всіх продуктів реакції. Речовини не зникають і не виникають із нічого, а відбувається хімічне перетворення. Закон є основою при складанні хімічних реакцій та кількісних розрахунків у хімії.
У 1808 Ж. Пруст сформулювавЗакон сталості складу, який свідчить, що незалежно від способу отримання всі індивідуальні речовини мають постійний кількісний та якісний склад.
У 1803 р. Д.Дальтон відкривЗакон кратних відносин, який полягає в тому, що якщо два хімічні елементи утворюють кілька сполук, то вагові частки одного і того ж елемента в цих сполуках, що припадають на ту саму вагову частку другого елемента відносяться між собою як невеликі цілі числа.
У 1808 р Гей-Люссак сформулювавЗакон об'ємних відносин :
«Обсяги газів, які вступають у хімічні реакції, та обсяги газів, що є продуктами реакції, співвідносяться між собою як невеликі цілі числа».
Важливу роль розвитку хімічної науки зігралигазові закони (справедливі лише газів).
У 1811 р. Авогадро ді Кварення(Закон Авогадро) довів, що-в рівних обсягах будь-яких газівпри постійних умовах (температурі та тиску) міститься однакове число молекул. В однакових умовах одне і те ж число молекул займають рівні об'єми, а 1 моль будь-якого при T=273°К і p=101,3 кПа газу займає об'єм 22,4 л, який називається молярним об'ємом газу (5) ( Vm).
Незалежно один від одного троє вчених вивели такі закони:
закон Бойля-Маріотта при Т = const: P1V1 = P2V2;
закон Шарля при V = const: P1 / T1 = P2 / T2
Якщо умови від нормальних, то застосовують рівнянняКлапейрона – Менделєєва:
pV = nRT = (m/M)RT, де
p - тиск газу, V - його об'єм, n - кількість молей газу, R - універсальна постійна газова (8,314 Дж/(моль * К).
Кількість газу за нормальних умов розраховують за формулою:
Щільність газів при заданих тиску та температурі прямо пропорційна їх молярній масі:
ρ = m/V = pM/(RT) = (p/RT)M.
Відносна щільність газів показує, у скільки разів один газ важчий за інший. Щільність газу по газу А визначається наступним чином:
Це є основні закони хімії. На закінчення наведемоЗакон парціальних тисків (закон Дальтона). Парціальний тиск у суміші дорівнює тому тиску газу, яким він мав би, якби займав такий самий обсяг, який займає вся суміш при тій же температурі. За умови, що в газовій суміші немає хімічної взаємодії, загальний тиск газової суміші дорівнює сумі парціальних тисків газів, що входять до цієї суміші:
Склад газових сумішей може виражатися кількістю речовини (n), масовими (ωn), об'ємними (φn) та молярними (χ) частками: