Предмет химии. Основные химические понятия.

Современная химия - одна из естественных наук и представляющая собой систему отдельных научных дисциплин: общей и неорганической, аналитической, органической, физической и коллоидной, геохимии, космохимии и т.д.

Химия изучает материальный мир во всем многообразии форм его существования и превращений.

Материя – это объективная реальность, существующая независимо от нашего сознания и данная нам в ощущениях.

Известны две формы существования материи – вещество и поле.

Вещество - материальное образование, состоящее из элементарных частиц, имеющих собственную массу или массу покоя. К элементарным частицам с конечной массой покоя относятся электроны и позитроны (лептоны), протоны и нейтроны (нуклоны), промежуточные по массе между лептонами и нуклонами – мезоны, гипероны и другие тяжелые частицы - барионы.

Все вещества состоят из атомов, следовательно, из электронов, протонов и нейтронов. Химия изучает первую форму существования материи - вещество. Химия- это наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава и строения (наука о веществах и их превращениях).

Вторая форма существования материи – физическое поле – материальная среда, в которой осуществляется взаимодействие частиц, не является непосредственным объектом химии. Специфика химической формы движения материи – изменение состава вещества.

«Химию называют наукой о качественных изменениях тел, происходящих под влиянием изменения количественного состава» (Энгельс).

Химия тесно связана с другими естественными науками – физикой, биологией, математикой, геологией.

На границе между геологией и химией возникла геохимия, изучающая распространенность и миграцию химических элементов на Земле. На стыке химии, биологии и геологии возникла биогеохимия, изучающая геохимические процессы с участием живых организмов.

Основатель научной химии М.В.Ломоносов говорил: «Химик без знания физики подобен человеку, который всего должен искать ощупом. И сии две науки так соединены между собою, что одна без другой в совершенстве быть не могут».

Доказательство этому – процветание в наше время физической химии и химической физики. Тесно соприкасается химия с биологией. На уровне молекулярной биологии целиком и полностью оправдываются слова Энгельса о том, что биология – химия белка. Яркое доказательство взаимосвязи – зарождение и бурное развитие биохимии, бионеорганической химии, биоорганической химии и др.

Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы не использовались достижения химии. Химическая промышленность выпускает пластические массы, искусственные волокна, синтетический каучук, красители, минеральные удобрения, лекарственные препараты и многое другое.

Химизация народного хозяйства – это внедрение методов химической технологии и продуктов химической промышленности в народное хозяйство с целью его интенсификации и повышения эффективности. В настоящее время создана единая специализированная агрохимическая служба страны, которая занимается применением химических продуктов и средств. Это минеральные удобрения и пестициды – химические средства защиты растений и животных от вредителей и болезней. Это химическая мелиорация – известкование кислых и гипсование засоленных почв, это кормовые добавки в животноводстве и консерванты для сохранения продуктов. Это применение полимерных плёнок и технологии закрытого грунта, химический контроль сельхозугодий, санитарно-химический анализ сельхозпродукции.

В сельском хозяйстве широко применяются минеральные удобрения – соединения, содержащие необходимые для питания растений элементы, используемые для повышения плодородия почвы. Промышленность выпускает азотные, фосфорные, калийные и комплексные удобрения, соединение нескольких питательных компонентов и микроудобрения (соединения B, Сu, Zn, Ni, Mo, Mn, Со).

Широко внедрены пестициды – средства защиты растений от вредителей и болезней и гербициды – средства борьбы с сорняками.

К числу основополагающих обобщений химии и естествознания относятся: атомно – молекулярная теория, закон сохранения массы и энергии, периодический закон, теория химического строения.

Основные понятия химии даны в атомно-молекулярной теории, создателем которой является М.В. Ломоносов (1742г) и он по праву считается основателем научной химии.

Основные положения атомно-молекулярной теории:

1.Все вещества состоят из молекул, атомов или ионов. Молекула – это наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

2. Молекулы находятся в постоянном хаотическом движении, называемом тепловым и с повышением температуры скорость движения молекул увеличивается.

3. Молекулы различных веществ отличаются друг от друга массой, размерами, составом, строением и химическими свойствами.

4.Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов

( Fe, Si, H₂ , F_{2 ,} N₂), молекулы сложных веществ – из различных атомов(CO₂, C₆H₆, NaCI) . Простые вещества – гомосоединения, сложные – гетеросоединения в агрегатном состоянии устойчивом при стандартных условиях .

5.Атомом называется наименьшая частица химического элемента.

Химический элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и электронной оболочкой.

В настоящее время известно около 120 элементов, из них в природе существует 88, а остальные получены искусственным путем. Число существующих простых веществ около 400, больше числа элементов, что объясняется явлением аллотропии.

Аллотропия – явление образования нескольких простых веществ одним элементом. Простые вещества, образованные одним и тем же элементом называются аллотропными видоизменениями(модификациями). Они могут отличаться составом молекул О₂ – кислород, О₃ – озон или структурой – алмаз, графит, карбин.

6. Ионами называются заряженные частицы, состоящие из отдельных атомов или групп химически связанных атомов, имеющих избыток или недостаток электронов. Для атомов элементов–металлов характерно образование положительно заряженных ионов т.е. катионов.

Na⁰ – 1e^- = Na⁺

Для атомов элементов-неметаллов характерно образование отрицательно заряженных ионов т.е. анионов.

Cl⁰ + 1e^- = Cl^-

Атом– это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов (суммарный заряд которых равен нулю).

Массы атомов химических элементов чрезвычайно малы–от 1,674 ∙ 10^-27 до 4,27 ∙ 10^-25кг

m (H ) = 1,67 ∙ 10^{-27 кг}

m (O) = 2,66 ∙ 10^{-26 кг}

m (C) = 1,993 ∙ 10^{-26 кг}

В химии пользуются не их абсолютными значениями масс (m_а), а относительными (Аr, где r означает «относительный» - от английского relative).

Относительной атомной массой химического элемента называется отношение массы его атома к 1/12 массы изотопа углерода – ¹²С.

1/12 массы атома изотопа принята за атомную единицу массы (а. е. м.).

1а.е.м. = 1/12m_а(С) = 1,993 ∙ 10^-26/12 =1,667х10^-27кг

В соответствии с этим:

m_a(H) 1,674 ∙ 10^{-27 кг}

Ar (Н) = ———— = —————— = 1,0079

1/12m_a(C) 1,667 ∙ 10^{-27 кг}

Относительная атомная масса – величина безразмерная.

m_a(O) 2,66 ∙ 10^-26

Аr (О) = ————— = ———— = 15,999

1/12m_a(C) 1,667 ∙ 10^-27

Относительная атомная масса показывает во сколько раз масса атома данного элемента больше 1/12 массы изотопа углерода. ¹²С. Например, относительная масса железа равна 56. Это означает, что атом железа ⁵⁶Fе в 56 раз тяжелее 1/12 массы атома углерода.

Единицей измерения количества вещества является Моль.

Моль– это количество вещества, содержащее столько структурных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов, эквивалентов и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода ¹²С.

Число атомов (N_А)в 0,012 кг углерода (т.е. в 1 моль) легко определить, зная массу атома углерода – 1,993х10^{-26 кг}

Кг/моль

N_А = ———————— = 6,02 ∙ 10 ²³ моль^-1

Кг

Эта величина называется постоянной Авогадро.

Масса 1 моль вещества называется молярной массой(М) и она равна отношению массы этого вещества m к его количеству n.

M

M = —— г/мольили кг/моль

N

Численное значение молярной массы (в г/моль) совпадает с относительной молекулярной, атомной или формульной массой данного вещества. Например,

масса относительная молярная

Н₂ — 2,0158 2,0158 г/моль

( NH₄)₂CO₃ — 96,086 96,086 г/моль