Лекція № 1.
Основні положення та закони хімії.Вступна частина.
Наука «хімія» та наука загальна хімія.
Основні поняття і закони хімії.
По-перше, людина сама являє собою систему, в якій відбуваються різні хімічні перетворення.
По-друге, людина використовує ці процеси з найдавніших часів. Першою такою хімічною реакцією, яку люди використовували ще в кам'яному столітті, була екзотермічна реакція окислення органічних речовин при високій температурі (горіння дров). Потім на зорі цивілізації - у Стародавньому Єгипті, Китаї, використовували хімічні реакції для отримання фарб, металів і т.д.
Зараз неможливо уявити собі наше життя без хімічних процесів, будь то отримання ліків, продуктів і багато чого іншого.
Навколишній світ (ми вважаємо) - природа - різні форми рухомої матерії. Матерія може існувати у вигляді елементарних частинок, що мають масу спокою і полів, позбавлених маси спокою.
Взаємодіючи один з одним, елементарні частинки утворюють більш складні системи - різні атоми. Нарешті, атоми, взаємодіючи один з одним, утворюють різні речовини. Кожна речовина має деяким набором характерних ознак - властивостями: щільністю, електропровідністю, забарвленням, запахом, твердістю і т.д., те, що відрізняє одне від іншого.
До певної сукупності речовини утворюють матеріали - папір, ліки, скло, сталь.
При зміні умов - нагріванні, освітленні, ударі - можуть відбуватися перетворення одних речовин в інші - самовільні або в результаті взаємодії кількох речовин.
II. Хімія - це область природознавства, наука про речовини та їх перетворення.
Сучасна хімія представляє собою розгалужену область знань:
геометрична будова кристалів (кристалохімія)
електронна будова (квантова хімія)
в живих організмах (біохімія)
залежність властивостей речовин від їх складу і будови
(Фізична хімія)
про перетвореннях у космосі (космохімія)
На базі сучасних хімічних знань створюються нові технології, що дозволяють отримувати з природної сировини принципово нові речовини і матеріали: різні сплави, надпровідні матеріали, полімери, барвники.
Кожен з вас використовує хімічні реакції в своєму житті - пече чи млинці, запускає чи двигун автомобіля, чи використовує мінеральні добрива.
Досягнення хімії величезні, але є й інша сторона медалі.
Нові речовини не завжди нешкідливі для природи (інсектициди, отрутохімікати, дим з труб електростанцій забруднюють грунт, атмосферу). Полімери повільно розкладаються в природних умовах. Збільшення
Таким чином, неграмотне використання хімічних досягнень веде до виникнення екологічних.
Тому кожній освіченій фахівця (інженеру) необхідний достатній мінімум хімічних знань.
Наука безмежна, завжди є питання, на які немає відповіді, нові факти, що раніше було невідомо, зараз констатується як відомий факт. Виникають нові проблеми, вмирають старі гіпотези і виникають нові.
Загальна хімія знайомить читача з сучасним ядром - фундаментом хімічної науки, так як будь-який розділ загальної хімії - це гранично стислий, зроблене в загальних рисах цілого напряму в хімії.
Атомно-молекулярне вчення.
Початок цьому вченню поклали погляди давньогрецьких філософів, які намагалися уявити світ, побудований з основних «почав»: елементів води, повітря, вогню, землі.
З іншого боку виникає поняття «атом» (неподільний) - неподільна частка.
Уявлення про «елементи» з яких можна отримувати будь-які речовини розвивалися алхіміками. Вони зібрали величезний фактичний матеріал (отримали безліч нових сполук, розробили основні методи синтезу та аналізу речовин).
Далі хіміки займалися виготовленням ліків, фарб.
Наступний етап у розвитку хімії пов'язаний з іменами Ломоносова і Лавуазьє, які незалежно один від одного відкрили закони збереження.
У 1748 р. Ломоносов обгрунтував закони збереження матерії і енергії. Лавуазьє сформулював закон збереження матерії на 50 років пізніше.
У XIX ст. відкрито 3 важливих закони:
закон сталості складу (Пруст, 1799 р)
закон простих кратних відносин (Дальтон, 1804 р)
закон простих об'ємних відносин для реагуючих газів (Гей-Люссак, 1805 р)
У хімію введено поняття атома як носія властивостей хімічного елемента і молекули - складної частинки, що складається з декількох атомів і є найменшою частинкою речовини, яка має його хімічними властивостями.
У 1811 р. Авогадро пояснив закон простих об'ємних відносин, зрозумівши, що прості газоподібні речовини складаються не з атомів, а з молекул. Закон Авогадро був останнім «цеглинкою» у створенні атомно-молекулярного вчення до кінця XIX ст. Спираючись на нього, Д.І. Менделєєв відкрив в 1869 р. періодичний закон - один з основних законів природи.
Відкриття в кінці XIX ст. електрона, радіоактивності, складної будови атома і цілого світу елементарних часток привело до того, що багато положень атомно-молекулярного вчення довелося переглянути. Стало ясно, що атом неподільний тільки хімічно. І все ж це увійшло в основу сучасного атомно-молекулярного вчення.
Сучасне уявлення.
Всі речовини складаються з атомів. Атоми являють собою дрібні частинки речовини, які хімічним шляхом неможливо розділити на складові частини, перетворити один в одного або знищити. Атоми різних елементів розрізняються по масі. Сукупність однакових атомів утворює просту речовину, відповідне певному хімічному елементу.
Атоми різних елементів взаємодіють один з одним в цілочисельних відносинах. У результаті виходять складні освіти, зокрема молекули.
Молекула - найменша частка речовини, що володіє всіма його хімічними властивостями. Одне з найбільш важливих властивостей молекули - маса.
Як же визначити масу цих найдрібніших частинок - атомів і молекул?
Вже за часів Ломоносова і Лавуазьє хіміки визначили, що, наприклад, в поєднанні
Атом
Існувала і киснева шкала.
У 1961 р. була прийнята вуглецева шкала, в якій за одиницю взяли 1 / 12 маси атома ізотопу вуглецю
III. Відносною атомною масою називається безрозмірне число, що показує у скільки разів маса даного атома більше ніж 1 / 12 атома ізотопу вуглецю
Цілком аналогічно визначається і відносна маса молекул.
Основні закони.
Закон сталості складу: Склад чистого речовини не залежить від способу отримання цієї речовини.
Тобто для однієї і тієї ж молекули, наприклад
Зараз ми знаємо, що більшість твердих речовин складаються не з молекул, а з атомів або іонів і в цьому випадку можливі зміни складу залежно від умов його отримання.
Закон кратних відносин: Якщо 2 елементи утворюють один з одним кілька з'єднань, то на одну й ту ж масу одного з них припадають такі маси іншого, які відносяться між собою як невеликі цілі числа.
Наприклад,
Наприклад, яка маса
закон стверджує, що
Для нас очевидно, що до складу молекули
Закон простих об'ємних відносин: Обсяги реагуючих газів ставляться один до одного і до об'ємів газоподібних продуктів як невеликі цілі числа.
Наприклад, один об'єм
Подібні спостереження дозволили припустити, що в однакових обсягах газів міститься однакове число атомів, але не пояснювали співвідношення обсягів продуктів реакції.
Вихід знайшов Авогадро в 1811 р., припустивши, що газоподібні речовини складаються з молекул, а не з атомів.
В даний час число Авогадро прийнято рівним
Кількість часток, що дорівнює числу Авогадро, отримало назву «міль».
Моль - кількість речовини, що містить стільки ж частинок (молекул, атомів, іонів, електронів, фотонів) скільки міститься атомів у 12 г ізотопу
Маса 1-го моль називається молярною масою і виражається у [г / моль].
З цього випливає:
молекулярна маса, виражена в м, дорівнює відносній молекулярній масі в вуглецевої шкали;
при однакових умовах 1 моль будь-якого газу займає один і той же об'єм, що дорівнює 22,4 л.
Питання для самоконтролю
Закон сталості складу.
Закон збереження маси.
Закон простих кратних відносин.
Відносна молекулярна та атомні маси.
Моль. Молярна маса.