Рекомендации к изучению теоретического материала. Химия является одной из естественных наук, изучающая вещества и процессы их превращения, сопровождающиеся изменением их состава и структуры

Химия является одной из естественных наук, изучающая вещества и процессы их превращения, сопровождающиеся изменением их состава и структуры. Поэтому среди значительного количества понятий, которые используются в химии, в первую очередь следует обратить внимание на понятие вещества как формы существования материи, в которой она проявляет себя в виде элементарных частиц (электроны, протоны, нейтроны), атомов, молекул, агрегатов молекул, кристаллов, жидкости и тому подобное. Следует еще раз внимательно рассмотреть такие фундаментальные понятия, как атом, молекула, ион, элемент, атомные и молекулярные массы, количество вещества, валентность, степень окисления, а также основные законы химии.

Атом - наименьшая, химически неделимая электронейтральная частица вещества, которая состоит из положительно заряженного ядра и электронов.

Молекула - микрочастица, образованная из двух и большего числа атомов, способная к самостоятельному существованию и сохраняющая химические свойства этого вещества. Имеет постоянный качественный и количественный состав и совокупность свойств, позволяющих отличать одну молекулу от других с помощью соответствующих реакций Ион - атом или молекула, которые получают электрический заряд в результате отдачи или присоединения электронов.

Атомная единица массы (а.е.м.) - это 1/12 массы изотопа углерода ¹²С, равная 1,6605· 10^-24 г. Молекулярная (формульная) масса - масса совокупности атомов в химической формуле, выраженная в а.е.м.

Молярная масса - масса в граммах одного моля вещества. Численные значения молярной (г / моль) и молекулярной (а.е.м.) масс совпадают. Моль - количество вещества системы, которая содержит столько же структурных элементов (атомов, молекул, ионов, электронов и других частиц или групп частиц), сколько атомов содержит нуклид карбона ¹²С массой 12 г. Это число атомов равна 6,0221·10²³ (число Авогадро ).

Степень окисления - формальный заряд на атоме в молекуле в предположении, что все связи в ней ионного типа. Валентность - число связей атома элемента в молекуле.

Знание основных понятий и законов химии является обязательным условием успешного изучения всех следующих разделов этой науки. Среди значительного количества законов в первую очередь следует обратить внимание на следующие.

Закон сохранения массы и энергии: суммарная масса и энергия веществ, вступивших в реакцию, равны суммарной массе и энергии продуктов реакции. Надо отметить, что закон сохранения массы, сформулирован М.В.Ломоносовым (1748), для химических реакций выполняется только условно. Это следует из уравнения Эйнштейна (1905 г.), которое связывает массу и энергию: E = c²×m. Итак, масса должна меняться, поскольку любые химические реакции сопровождаются энергетическими эффектами. Размер последних обычно не превышает 103 кДж, поэтому рассчитанное по уравнению Эйнштейна изменение массы составляет 10^-11 кг, что не фиксируется ни одним из известных на сегодняшний день прибором. Дефект массы (суммарная масса исходных веществ ¹ суммарной массе продуктов реакции) заметно проявляется в ядерных реакциях, сопровождающихся колоссальными тепловыми эффектами.

Закон постоянства состава (Ж.Пруст, 1801 г.): качественный и количественный состав соединения с молекулярным строением (СО₂, Н₂О, органические вещества) не зависит от метода его получения. Обратите внимание, что в случае соединений с атомным и ионным строением закон не выполняется (подавляющее большинство неорганических соединений состоит из ионов, процент вакантных позиций в структуре которых достаточно высок, что и приводит к отклонениям от стехиометрии). Вещества, для которых закон выполняется, называются дальтониды, а те, для которых не выполняется, - бертоллидами.

Закон кратных отношений (Дж. Дальтон, 1803 г.): если два элемента образуют между собой несколько соединений с молекулярным строением, то массы одного из элементов, приходящихся на одинаковую массу второго, относятся как небольшие целые числа.

Закон Авогадро (1811 г.): в равных объемах различных газов (V_m) при одинаковых условиях (Р, Т) (н.у.: T = 273 K, Р = 101325 Па, V_m = 22,4 л/моль) содержится одинаковое число молекул. Из этого закона можно получить несколько следствий:

- Молярный объем различных газов (V_m) при одинаковых условиях - величина постоянная (при нормальных условиях (н.у.): T = 273 K, P = 101325 Па молярный объем различных газов V_m = 22,4 л / моль);

- Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молярных масс;

- Обьемы газов, участвующих в реакции, относятся между собой как небольшие целые числа (закон объемных отношений);

Мольные и объемные доли для смеси газов одинаковы. Необходимо помнить, что закон Авогадро и его следствия выполняются только для идеальных газов, в которых отсутствуют межмолекулярные взаимодействия и молекулы не имеют собственного объема. Состояние идеального газа описывается с помощью трех параметров: давление, объем, температура.

Закон Бойля-Мариотта. Для данной массы газа при изотермических процессах (Т = const): Р₁V₁ = P₂V₂.

Закон Гей-Люсака. Для изобарных процессов (Р = const): Т₁V₂ = Т₂V₁.

Закон Шарля. Для изохорных процессов (V = const):Т₁Р₂ = Т₂Р₁.

Объединенный газовый закон: Р₁V₁ / T₁ = P₂V₂ / T₂.

Если в объединенном газовом законе использовать параметры нормальных условий для одного моля газа, то можно получить универсальную газовую постоянную R. Уравнение Клапейрона-Менделеева для любого количества вещества записывается следующим образом:

РV = RT. Поскольку ν = m / M, то в развернутом виде оно записывается так:

V = mRT / M.

Закон Дальтона: общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений компонентов: Р = Р_А + Р_В + Р_С + ... + Р_i .

Парциальное давление - это давление, которое создавал бы компонент газовой смеси, если бы он занимал объем, равный объему всей смеси.

К основным законам химии относятся также закон эквивалентов и периодический закон, которые рассмотрены далее отдельно.