Часть I. ОБЩАЯ ХИМИЯ

Лекция1. Основные понятия химии

Цель: изучить основные понятия и законы химии

Вопросы:

• Предмет и задачи химии
• Вещество и его составные части
• Понятие «моль», молекулярная и молярная массы
• Основные законы химии

Химия - наука о составе, строении, свойствах и превращениях веществ. Известны вещества: органические (>10 млн.) и неорганические (>150 тыс.).

В настоящее время известно, что все органические и часть (10-20%) неорганических веществ имеют молекулярное строение, то есть, состоят из молекул. В то же время большинство неорганических веществ (металлы, соли и др.) имеют немолекулярное строение и состоят из атомов, ионов. Например, метан и этанол состоят из молекул, железо состоит из атомов, ионов и электронов, хлорид натрия состоит из ионов. Поэтому можно заключить, что вещества состоят из химических частиц (молекул, атомов, ионов), которые имеют сложное строение и состоят из элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов).

Атом - нейтральная частица, состоящая из положительного ядра и электронов.

Молекула - наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства; молекула - устойчивая группа атомов, связанных химическими связями.

Химический элемент - вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Элемент обозначают X, где X - символ элемента, Z - порядковый номер элемента, А - массовое число. Порядковый номер Z равен заряду ядра атома, числу протонов в ядре атома и числу электронов в атоме. Массовое число А равно сумме чисел протонов и нейтронов в атоме. Число нейтронов равно разности А-Z. Например, в атоме Cl имеется 17 протонов, 17 электронов и 18 нейтронов, а в атоме Cl имеется 17 протонов, 17 электронов и 20 нейтронов.

Изотопы - атомы одного элемента, имеющие разные массовые числа. Изотопы имеют одинаковые числа протонов и электронов и разные числа нейтронов. Например, атомы Cl и Cl.

Относительная атомная масса (Аr) - отношение средней массы атома естественного изотопического состава элемента к 1/12 массы атома изотопа углерода 12С. Атомная масса - среднее значение массовых чисел изотопов. Например, природный хлор состоит на 75% из 35Cl и на 25% из 37Cl. Поэтому Аr(Cl) = 0,75×35 + 0,25×37 = 35,5 а.е.м.

Относительная молекулярная масса (Мr) - отношение средней массы молекулы естественного изотопического состава вещества к 1/12 массы атома изотопа углерода 12С. Относительная молекулярная масса молекулы может быть вычислена как сумма относительных масс атомов, составляющих эту молекулу.

Мr(H2O) = 2Ar(H) + Ar(O) = 18 а.е.м.

Моль - это количество вещества, содержащее столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12С. Моль - это количество вещества, содержащее 6,02×1023 структурных единиц (атомов, молекул, ионов).

Число Авогадро NА = 6,02×1023 частиц/моль.

n = N/NA, где n - количество вещества (моль), N - число частиц, а NА - число Авогадро.

Молярная масса М (г/моль) - отношение массы вещества m (г) к количеству вещества n (моль).

Молярная масса численно равна массе одного моля вещества.

М = m/n, откуда имеем: m = M×n и n = m/M.

Молярный объем газа VМ (л/моль) - это отношение объема газа V (л) к количеству вещества этого газа n (моль).

Молярный объем газа численно равен объему одного моля. При нормальных условиях (t = 0оC или Т = 273 К и p = 101325 Па = 760 мм.рт.ст.) один моль любого газа занимает объем 22,4 л, и

VМ = 22,4 л/моль.

VМ = V/n, откуда имеем: V = VM×n и n = V/VM.

Эквивалент - реальная или условная частица, взаимодействующая с одним атомом водорода, или замещающая его, или эквивалентная ему каким-либо другим способом.

Молярная масса эквивалентов МЭ - отношение массы вещества к количеству эквивалентов этого вещества:

МЭ = m/n (экв).

В реакциях обмена зарядов молярная масса эквивалентов вещества А В с молярной массой М равна: МЭ = М/(n´m).

В окислительно-восстановительных реакциях молярная масса эквивалентов вещества с молярной массой М равна:

МЭ = М/n(е), где п - число переданных электронов.

Закон эквивалентов - массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов.

m1/m2 = MЭ1/МЭ2 или n1 = n2.

Для растворов закон эквивалентов может быть записан в следующем виде: CN1×V1 = CN2×V2 , где m1 и m2 - массы двух веществ, МЭ1 и МЭ2 - молярные массы эквивалентов, n1 и n2 - количества эквивалентов этих веществ, CN1, CN2 и V1 и V2 - нормальные концентрации и объёмы растворов этих двух веществ.

Объединенный газовый закон. pV = nRT, где имеем:

р - давление (Па, кПа), V - объем (м3, л), n - количество вещества газа (моль), Т - температура (К), T(K) = t(oC) + 273, R - константа,

R = 8,314 Дж/(К×моль), при этом Дж = Па×м3 = кПа×л.

Задание на внеаудиторную работу:

• Предмет и задачи химии
• Вещество и его составные части
• Понятие «моль», молекулярная и молярная массы
• Основные законы химии

1. Вычислить массу 20 моль углекислого газа. Какой объем он будет занимать при нормальных условиях?
2. Сколько г. водорода потребуется для полного восстановления 5 г. оксида железа +3?
3. Чему равна масса одного эквивалента серной кислоты в реакции полного замещения с гидроксидом натрия?