ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫХИМИИ

Методические указания к практическим занятиям по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей дневной и вечерней форм обучения

Нижний Новгород

Составители: А.Л.Галкин, Т.В.Сазонтьева, Г.А.Паничева, О.Н.Ковалева, Ю.В.Батталова, Ж.В.Мацулевич

УДК 54 (07)

Основные законы химии: метод. указания к практ. занятиям по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей дневной и вечерней форм обучения/ НГТУ; сост.: А.Л.Галкин и др.Н.Новгород, 2006 - 16 с.

Методические указания включают краткое теоретическое введение, примеры решения задач, задания для текущего контроля знаний и описание лабораторных работ по теме.

Научный редактор Ю.М.Тюрин

Редактор Э.Б.Абросимова

Подп. к печ. 24.01.06 Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ.л. 1,0. Уч.-изд.л.1,0.Тираж 800 экз. Заказ.

__________________________________________________________

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603600, Н.Новгород, ул.Минина, 24.

ÓНижегородский государственный

технический университет, 2006

Химия – это одна из естественных наук. Она имеет дело со свойствами веществ в зависимости от их состава, строения и внешних условий. Изучение химии – это изучение законов, управляющих превращением веществ друг в друга. Химические реакции сводятся к взаимодействию самых внешних электронных оболочек атомов, в результате чего образуются новые химические связи, при этом исходные вещества (реагенты) исчезают, а новые вещества (продукты) образуются. Результатом химической реакции может быть изменение состава, структуры или заряда реагирующих частиц, при этом химическая природа атомов (заряд их ядра) не изменяется.

В химии принято выделять три основных типа реакций:

1.Реакции обмена. Происходит изменение состава молекул за счет обмена ионами:

BaCl₂ + Na₂SO₄ ® BaSO₄ + 2NaCl

2.Окислительно-восстановительные реакции. Изменяются степени окисления атомов или заряд ионов за счет перехода электронов от частицы-восстановителя к частице-окислителю:

Zn + CuSO₄ ® ZnSO₄ + Cu

3.Реакции изомеризации. Происходит изменение структуры молекул. В результате у вещества появляются новые физические и химические свойства:

CH₂=CH-CH₂-CH₃ ® CH₃-CH-CH-CH₃

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫИ ПОНЯТИЯ

Современные теоретические представления в химии базируются на атомно-молекулярном учении, в рамках которого вводятся некоторые понятия и величины.

АТОМ – электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, сохраняющая свойства химического элемента.

ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ – это совокупность атомов, имеющих одинаковый заряд атомного ядра. Заряд ядра атома равен его порядковому номеру в периодической системе элементов и определяет его местоположение.

МОЛЕКУЛА – Это наименьшая электрически нейтральная частица вещества, обладающая его химическими свойствами и способная к самостоятельному существованию. Молекулы могут содержать от одного (инертные газы) до многих тысяч атомов (органические молекулы).

ИОН – это заряженная частица, представляющая собой атом или группу химически связанных друг с другом атомов с избытком (анионы:SO₄^2-, Cl^-, ClO₄^-) или недостатком (катионы: Na⁺, Ca²⁺, NH₄⁺) электронов.

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ – это частицы, содержащие ненасыщенные (одноэлектронные) связи (-CH₃, -NH₂, -H)

Сила, с которой два атома удерживаются вместе в составе молекулы определяет прочность химической связи, а энергия, необходимая для ее разрыва, называется энергией химической связи. Ее величина изменяется от 80 до 800 кДж/моль.

ХИМИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА – это символическая запись, характеризующая качественный и количественный состав химического соединения и отражающая количественные соотношения между атомами разных элементов, образующих данную частицу. Химическая формула достоверно отражает количественный состав веществ, у которых преобладает ковалентная связь (Cl₂, H₂, H₂O). Для веществ с большой долей ионной связи и веществ металлоидного типа количественные соотношения между атомами в формуле носят усредненный характер и не отражают реального состава.

АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ(а.е.м.). Атомная единица массы определяется как 1/12 часть массы атома углерода в ядре которого содержится 6 протонов и 6 нейтронов. 1а.е.м. = 1,66·10^-27кг. Условно можно считать массы протона и нейтрона одинаковыми и равными (приблизительно) 1 а.е.м. В химии чаще пользуются относительными атомными массами химических элементов (A_r). Это отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²С. Относительная атомная масса является величиной безразмерной.

МОЛЬ – это единица количества вещества. 1 моль содержит столько же структурных единиц (атомов, ионов, молекул), сколько содержится атомов в 12 граммах углерода (изотоп ¹²С) Число атомов в 12 граммах углерода легко рассчитывается как отношение массы 1 моль (молярной массы) к массе 1 атома углерода:

N_a = 12 г/моль /1,993·10^-23г = 6,022·10²³моль^-1.

Число N_a является одной из фундаментальных констант и носит название постоянная Авогадро (число Авогадро).

ПРИМЕР: 1 моль электронов содержит 6,022·10²³моль^-1 структурных единиц (электронов), каждый из которых имеет заряд 1,606·10^-19 Кл. Таким образом, заряд 1 моль электронов является константой и называется число Фарадея (F)

F = 6,022·10²³моль^-1· 1,606·10^-19Кл = 96713 Кл/моль.

МОЛЯРНАЯ МАССА (М) – это масса 1 моль вещества. Она численно равна отношению массы вещества к количеству его моль (М = m /n) и измеряется в г/моль или кг/кмоль. Численное значение молярной массы, измеренное в г/моль совпадает по величине с молекулярной, атомной и формульной массой данного вещества.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА (M_r) – это отношение массы молекулы вещества к 1/12 массы атома углерода (изотоп ¹²С). Поскольку химические формулы чаще всего отражают лишь формальный количественный состав соединения, то правильнее говорить о ФОРМУЛЬНОЙ МАССЕ ВЕЩЕСТВА, понимая под ней сумму атомных масс всех элементов, входящих в соединение, с учетом числа атомов каждого из элементов в формуле.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫХИМИИ

Среди множества законов, на которые опирается химия можно выделить ряд основных. Это законы, сформулированные в рамках атомно-молекулярного учения. К ним относят закон сохранения массы, законы постоянства состава, кратных и объемных соотношений, закон Авогадро. Эти законы называют стехиометрическими, поскольку именно они положены в основу всех количественных расчетов масс и объемов веществ, принимающих участие в химических превращениях.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ

Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

Сохранение массы вещества в химических реакциях объясняется тем, что при химических превращениях атомы не разрушаются и не образуются. Таким образом, при постоянстве их массы и количества, массы веществ до и после реакции должны быть одними и теми же.