Атомно-молекулярне вчення

Закон збереження маси речовин. Складання хімічних рівнянь. Розрахунки за хімічними рівняннями.

Хімія - наука про речовини, закономірності їх перетворень (фізичних і хімічних властивостях) та застосування. В даний час відомо більше 100 тис. неорганічних і більше 4 млн. органічних сполук.

Хімічні явища: одні речовини перетворюються на інші, відмінні від вихідних складом і властивостями, при цьому склад ядер атомів не змінюється.

Фізичні явища: змінюється фізичний стан речовин (пароутворення, плавлення, електропровідність, виділення тепла і світла, гнучкість та ін) або утворюються нові речовини з зміною складу ядер атомів.

Атомно - молекулярне вчення.

1. Всі речовини складаються з молекул. Молекула - найменша частка речовини, що володіє його хімічними властивостями.

2. Молекули складаються з атомів. Атом - найменша частка хімічного елемента, яка зберігає всі його хімічні властивості. Різним елементам відповідають різні атоми.

3. Молекули і атоми перебувають в безперервному русі; між ними існують сили тяжіння і відштовхування.

Хімічний елемент - це вид атомів, що характеризується певними зарядами ядер і будовою електронних оболонок. В даний час відомо 110 елементів: 89 з них знайдені в природі (на Землі), інші отримані штучним шляхом. Атоми існують у вільному стані, у з'єднаннях з атомами того ж або інших елементів, утворюючи молекули. Здатність атомів вступати у взаємодію з іншими атомами і утворювати хімічні сполуки визначається його будовою. Атоми складаються з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів, що рухаються навколо нього, утворюючи електронейтральної систему, яка підпорядковується законам, характерним для мікросистем.

Атомне ядро ​​- центральна частина атома, що складається з Z протонів і N нейтронів, в якій зосереджена основна маса атомів.

Заряд ядра - позитивний, за величиною дорівнює кількості протонів у ядрі або електронів в нейтральному атомі і збігається з порядковим номером елемента в періодичній системі. Сума протонів і нейтронів атомного ядра називається масовим числом A = Z + N.

Ізотопи - хімічні елементи з однаковими зарядами ядер, але різними масовими числами за рахунок різного числа нейтронів в ядрі.

Хімічна формула - це умовний запис складу речовини за допомогою хімічних знаків (запропоновані в 1814 р. Й. Берцелиусом) та індексів (індекс - цифра, що стоїть справа внизу від символу. Позначає число атомів у молекулі). Хімічна формула показує, атоми яких елементів і в якому відношенні з'єднані між собою в молекулі.

Алотропія - явище освіти хімічним елементом кількох простих речовин, що розрізняються за будовою і властивостями. Прості речовини-молекули, складаються з атомів одного і того ж елемента.

Складніше речовини - молекули, складаються з атомів різних хімічних елементів.

Міжнародна одиниця атомних мас дорівнює 1 / 12 маси ізотопу 12C - основного ізотопу природного вуглецю.

1 а.е.м = 1 / 12 • m (12C) = 1,66057 • 10-24 г

Відносна атомна маса (Ar) - безрозмірна величина, що дорівнює відношенню середньої маси атома елемента (з урахуванням процентного вмісту ізотопів у природі) до 1 / 12 маси атома 12C.

Середня абсолютна маса атома (m) дорівнює відносною атомною масою, помноженої на а.е.м.

Ar (Mg) = 24,312

m (Mg) = 24,312 • 1,66057 • 10-24 = 4,037 • 10-23 г

Відносна молекулярна маса (Mr) - безрозмірна величина, що показує, у скільки разів маса молекули даної речовини більше 1 / 12 маси атома вуглецю 12C.

Mr = mr / (1 / 12 mа (12C))

mr - маса молекули даної речовини;

mа (12C) - маса атома вуглецю 12C.

Mr = S Ar (е). Відносна молекулярна маса речовини дорівнює сумі відносних атомних мас усіх елементів з урахуванням індексів.

Абсолютна маса молекули дорівнює відносній молекулярній масі, помноженої на а.е.м. Число атомів і молекул у звичайних зразках речовин дуже велике, тому при характеристиці кількості речовини використовують спеціальну одиницю вимірювання - моль.

Кількість речовини, моль. Чи означає певне число структурних елементів (молекул, атомів, іонів). Позначається n, вимірюється в моль. Моль - кількість речовини, що містить стільки ж частинок, скільки міститься атомів у 12 г вуглецю.

Число Авогадро ді Кваренья (NA). Кількість частинок в 1 моль будь-якої речовини одне й те саме і так само 6,02 • 1023. (Постійне Авогадро має розмірність - моль-1).

Приклад.

Скільки молекул міститься в 6,4 г сірки?

Молекулярна маса сірки дорівнює 32 г / моль. Визначаємо кількість г / моль речовини в 6,4 г сірки:

n (s) = m (s) / M (s) = 6,4 г / 32 г / моль = 0,2 моль

Визначимо кількість структурних одиниць (молекул), використовуючи постійну Авогадро NA N (s) = n (s) • NA = 0,2 • 6,02 • 1023 = 1,2 • 1023

Молярна маса показує масу 1 моля речовини (позначається M).

M = m / n

Молярна маса речовини дорівнює відношенню маси речовини до відповідного кількістю речовини.

Молярна маса речовини чисельно дорівнює його відносної молекулярної маси, однак перша величина має розмірність г / моль, а друга - безрозмірна.

M = NA • m (1 молекула) = NA • Mr • 1 а.е.м. = (NA • 1 а.е.м.) • Mr = Mr

Це означає, що якщо маса деякої молекули дорівнює, наприклад, 80 а.е.м. (SO3), то маса одного моля молекул дорівнює 1980 Постійна Авогадро є коефіцієнтом пропорційності, що забезпечує перехід від молекулярних співвідношень до молярним. Усі твердження щодо молекул залишаються справедливими для молей (при заміні, в разі необхідності, а.е.м. на г) Наприклад, рівняння реакції: 2Na + Cl2 -> 2NaCl, означає, що два атоми натрію реагують з однією молекулою хлору або , що одне і те ж, два міль натрію реагують з одним молем хлору.

Закон збереження маси речовин.

(М. В. Ломоносов, 1748 р.; А. Лавуазьє, 1789 р.)

Маса всіх речовин, що вступили в хімічну реакцію, дорівнює масі всіх продуктів реакції.

Атомно-молекулярне вчення цей закон пояснює наступним чином: в результаті хімічних реакцій атоми не зникають і не виникають, а відбувається їх перегрупування (тобто хімічне перетворення-це процес розриву одних зв'язків між атомами та освіта інших, в результаті чого з молекул вихідних речовин виходять молекули продуктів реакції). Оскільки число атомів до і після реакції залишається незмінним, то їх загальна маса також змінюватися не повинна. Під масою розуміли величину, що характеризує кількість матерії.

На початку 20 століття формулювання закону збереження маси була переглянута у зв'язку з появою теорії відносності (А. Ейнштейн, 1905 р.), згідно з якою маса тіла залежить від його швидкості і, отже, характеризує не тільки кількість матерії, але і її рух. Отримана тілом енергія DE пов'язана зі збільшенням його маси Dm співвідношенням DE = Dm • c2, де с - швидкість світла. Це співвідношення не використовується в хімічних реакціях, тому що 1 кДж енергії відповідає зміні маси на ~ 10-11 г і Dm практично не може бути виміряна. У ядерних реакціях, де DЕ в ~ 106 разів більше, ніж в хімічних реакціях, Dm слід враховувати.

Виходячи із закону збереження маси, можна складати рівняння хімічних реакцій і з ним робити розрахунки. Він є основою кількісного хімічного аналізу.

Складання хімічних рівнянь.

Включає три етапи:

1. Запис формул речовин, що вступили в реакцію (ліворуч) та продуктів реакції (праворуч), з'єднавши їх за змістом знаками "+" і "-->":

HgO -> Hg + O2

2. Підбір коефіцієнтів для кожної речовини так, щоб кількість атомів кожного елемента в лівій і правій частині рівняння було однаково:

2HgO -> 2Hg + O2

3. Перевірка числа атомів кожного елемента в лівій і правій частинах рівняння.

Розрахунки за хімічними рівняннями.

Розрахунки за хімічними рівняннями (стехіометричні розрахунки) засновані на законі збереження маси речовин. У реальних хімічних процесах через неповне протікання реакцій і втрат маса продуктів зазвичай менше теоретично розрахованим. Виходом реакції (h) називають відношення реальної маси продукту (mp) до теоретично можливої ​​(mт), виражене в частках одиниці або у відсотках.

h = (mp / mт) • 100%

Якщо в умовах задач вихід продуктів реакції не вказано, його в розрахунках приймають за 100% (кількісний вихід).