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
в атмосфері веде до порушення кругообігу
і викликає зміну
клімату на планеті.
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
з
-
94,2%
, А в поєднанні з
- Тільки 13,8%. Звідси можна зробити висновок, що атоми
важче, ніж атоми
, Але легше ніж атоми
. На підставі цього можна сказати які атоми легше, які важче і далі розташувати їх у порядку зростання мас. При цьому з'ясували, що найлегший -
.
Атом виявився в 16 разів важче атома
,
Атом - В 2 рази важче атома
. На підставі цих даних Дальтон запропонував шкалу відносних атомних мас. Атом кожного елемента характеризувався безрозмірним числом, що показує в скільки разів даний атом важче найлегшого (тобто за одиницю взяли
).
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
співвідношення
і
завжди постійно.
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,
з
утворюють 2 сполуки - тверде білу речовину і безбарвну важку рідину. Обидва розрізняються за своїм складом: 1-е містить 37,2%
, А другий 54%
.
Наприклад, яка маса
приєднається на одиницю маси
.
закон стверджує, що
- Відношення цілих чисел
Для нас очевидно, що до складу молекули
входять 2 атома
і 1 атом
. Раніше цього не знали, вважаючи, що 11,1%
і 88,9%
.
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
реагує з двома об'ємами
і при цьому виходить точно 2 обсягу водяної пари:
.
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.