Хімія: основні поняття, визначення, терміни і закони
Хімія, основні поняття якої ми розглянемо, - це наука, яка вивчає речовини та їх перетворення, що відбуваються зі зміною будови і складу, а значить, і властивостей. Перш за все необхідно визначити, що ж означає такий термін, як "речовина". Якщо говорити про нього в широкому сенсі, воно являє собою форму матерії, яка має масу спокою. Речовиною є будь-яка елементарна частинка, наприклад, нейтрон. У хімії ж це поняття використовується в більш вузькому значенні.
Для початку коротко опишемо основні терміни і поняття хімії, атомно-молекулярного вчення. Після цього ми пояснимо їх, а також викладемо деякі важливі закони даної науки.
Основні поняття хімії (речовина, атом, молекула) знайомі кожному з нас ще зі школи. Нижче подано коротку характеристику їх, а також інших, не настільки очевидних термінів і явищ.
атоми
Перш за все всі речовини, які вивчаються в хімії, складені з маленьких частинок, званих атомами. Нейтрони ж не є об`єктом вивчення цієї науки. Також слід сказати, що атоми можуть з`єднуватися один з одним, в результаті чого формуються хімічні зв`язки. Для того щоб розірвати цей зв`язок, необхідна витрата енергії. Отже, атоми в звичайних умовах поодинці не існує (за винятком "благородних газів"). Вони з`єднуються один з одним хоча б попарно.
Безперервне тепловий рух
Безперервним тепловим рухом характеризуються всі частинки, які вивчає хімія. Основні поняття цієї науки не можна викласти, що не розповівши про нього. При безперервному русі середня кінетична енергія частинок пропорційна температурі (проте слід зауважити, що енергії у окремих частинок різні). Екін = kT / 2, де k - постійна Больцмана. Ця формула справедлива для будь-якого виду руху. Так як Екін = mV2 / 2, рух масивних частинок більш повільне. Наприклад, якщо температура однакова, молекули кисню в середньому переміщаються в 4 рази повільніше, ніж молекули вуглецю. Це відбувається тому, що їх маса більше в 16 разів. Рух буває коливальним, поступальним і обертальним. Коливальний спостерігається і в рідких, і в твердих, і в газоподібних речовинах. А ось поступальний і обертальний найлегше здійснюється в газах. У рідинах воно важче, а в твердих речовинах - ще важче.
молекули
Продовжимо описувати основні поняття і визначення хімії. Якщо атоми об`єднуються між собою, утворюючи невеликі групи (їх називають молекулами), такі групи беруть участь в тепловому русі, виступаючи як єдине ціле. До 100 атомів присутній в типових молекулах, а їх число у так званих високомолекулярних сполук може досягати 105.
немолекулярное речовини
Однак атоми часто об`єднуються у величезні колективи кількістю від 107 до 1027. У цьому виді вони вже практично не беруть участь в тепловому русі. Дані об`єднання вже мало нагадують молекули. Вони більше схожі на шматки твердого тіла. Речовини ці прийнято називати немолекулярное. В цьому випадку тепловий рух здійснюється всередині шматка, а сам він не літає, подібно молекулі. Є і перехідна область розмірів, в яку включаються об`єднання, що складаються з атомів в кількості від 105 до 107. Дані частки є або дуже великими молекулами, або ж являють собою маленькі крупинки порошку.
Іони
Необхідно відзначити, що атоми і їх групи можуть мати електричний заряд. У цьому випадку вони називаються іонами в такій науці, як хімія, основні поняття якої ми вивчаємо. Так як однойменні заряди завжди відштовхуються одна від одної, речовина, де присутній значний надлишок тих чи інших зарядів, не може бути стійко. Негативні і позитивні заряди в просторі завжди чергуються. А речовина в цілому залишається електронейтральний. Зауважимо, що заряди, які вважаються в електростатики великими, з точки зору хімії незначні (на 105-1015 атомів - 1е).
Об`єкти вивчення в хімії
Потрібно уточнити, що об`єктами вивчення в хімії виступають ті явища, в яких не виникають і не руйнуються атоми, а тільки лише перегруповуються, тобто по-новому з`єднуються. Одні зв`язки розриваються, в результаті чого формуються інші. Іншими словами, нові речовини з`являються з атомів, що були у складі вихідних речовин. Якщо ж і атоми, і існуючі між ними зв`язки зберігаються (наприклад, при випаровуванні молекулярних речовин), то ці процеси відносяться до галузі вивчення вже не хімії, а молекулярної фізики. У разі коли атоми утворюються або руйнуються, мова йде про предмети вивчення ядерної або атомної фізики. Однак межа між хімічними та фізичними явищами розмита. Адже розподіл на окремі науки умовно, тоді як природа є неподільною. Тому хімікам дуже корисно знання фізики.
Основні поняття хімії коротко були нами викладені. Тепер пропонуємо вам докладніше їх розглянути.
Детальніше про атомах
Атоми і молекули - це те, з чим у багатьох асоціюється хімія. Основні поняття ці необхідно чітко визначити. Те, що атоми існують, дві тисячі років тому було геніально угадано. Потім, вже в 19 столітті, у вчених з`явилися експериментальні дані (поки ще непрямі). Йдеться про кратних відносинах Авогадро, законах сталості складу (нижче ми розглянемо ці основні поняття хімії). Атом продовжили досліджувати в 20 столітті, коли з`явилося багато вже прямих експериментальних підтверджень. Вони були засновані на даних спектроскопії, на розсіянні рентгенівських променів, альфа-частинок, нейтронів, електронів і ін. Розмір даних частинок становить приблизно 1 Е = 1о-10м. Маса їх - близько 10-27 - 10-25 кг. У центрі цих частинок знаходиться позитивно заряджене ядро, навколо якого рухаються електрони з негативним зарядом. Розмір ядра складає близько 10-15 м. Виходить, що електронна оболонка визначає розміри атома, проте при цьому його маса практично повністю зосереджена в ядрі. Ще одне визначення слід ввести, розглядаючи основні поняття хімії. Хімічний елемент - це вид атомів, заряд ядра яких однаковий.
Часто зустрічається визначення атома як найменшої частки речовини, хімічно неподільної. Як зрозуміти "хімічно"? Як ми вже відзначали, розподіл явищ на фізичні і хімічні умовно. А ось існування атомів безумовно. Тому хімію краще визначати через них, а не навпаки, атоми через хімію.
Хімічна зв`язок
Це те, завдяки чому атоми утримуються разом. Вона не дозволяє їм розлетітися під впливом теплового руху. Відзначимо основні характеристики зв`язків - це меж`ядерном відстань і енергія. Це також основні поняття хімії. Довжина зв`язку визначається експериментально з досить високою точністю. Енергія - теж, однак не завжди. Наприклад, неможливо об`єктивно визначити, яка вона по відношенню до окремої зв`язку в складній молекулі. Однак енергія атомізації речовини, необхідна для розриву всіх наявних зв`язків, визначається завжди. Знаючи довжину зв`язку, можна визначити, які атоми є пов`язаними (у них коротка відстань), а які - ні (довгу відстань).
Координаційне число і координація
Основні поняття аналітичної хімії включають в себе два цих терміна. Що ж вони означають? Давайте розберемося.
Координаційне число являє собою кількість найближчих сусідів даного конкретного атома. Іншими словами, це число тих, з ким він пов`язаний хімічно. Координація є взаємне розташування, вид і кількість сусідів. Іншими словами, це поняття більш змістовно. Наприклад, координаційне число азоту, властиве молекулам аміаку і азотної кислоти, однаково - 3. Однак координація у них різна - неплоскому і плоска. Вона визначається незалежно від уявлень про природу зв`язку, тоді як ступінь окислення і валентність - поняття умовні, які створені для того, щоб заздалегідь передбачати координацію і склад.
визначення молекули
Ми вже торкалися цього поняття, розглядаючи основні поняття і закони хімії коротко. Тепер зупинимося на ньому більш докладно. У підручниках часто зустрічається визначення молекули як найменшої нейтральної частинки речовини, яка володіє його хімічними властивостями, а також здатна існувати самостійно. Необхідно відзначити, що це визначення в даний момент вже застаріло. По-перше, те, що всі фізики і хіміки називають молекулою, властивостей речовини не зберігає. Вода дисоціює, однак для цього необхідні мінімум 2 молекули. Ступінь дисоціації води - це 10-7. Іншими словами, цьому процесу може зазнавати лише одна молекула з 10 млн. Якщо у вас є одна молекула, або є навіть сто, ви не зможете отримати уявлення про її дисоціації. Справа в тому, що теплові ефекти реакцій в хімії зазвичай включають енергію взаємодії між молекулами. Тому їх не можна знайти по одній з них. І хімічні, і фізичні властивості молекулярного речовини можна визначити лише за великого колективу молекул. Крім того, існують речовини, у яких здатна існувати самостійно "найменша" частка невизначено велика і дуже відрізняється від звичних молекул. Молекула фактично являє собою групу атомів, електрично заряджену. В окремому випадку це може бути один атом, наприклад, Ne. Ця група повинна бути здатна брати участь в дифузії, а також в інших типах теплового руху, виступаючи як єдине ціле.
Як ви бачите, не так прості основні поняття хімії. Молекула - це те, що необхідно ретельно вивчити. Вона має свої власні властивості, а також молекулярної масою. Про останню ми зараз і поговоримо.
Молекулярна маса
Як визначити молекулярну масу на досвіді? Один спосіб - грунтуючись на законі Авогадро, по відносній щільності пара. Найточнішим методом є мас-спектрометричний. Електрон вибивають з молекули. Отриманий в результаті цього іон спочатку розганяють в електричному полі, потім відхиляють його магнітним шляхом. Ставлення заряду до маси визначається саме величиною відхилення. Існують також методи, засновані на властивостях, якими володіють розчини. Однак молекули у всіх цих випадках неодмінно повинні бути в русі - в розчині, в вакуумі, в газі. Якщо вони не рухаються, неможливо об`єктивно розрахувати їх масу. Та й саме їхнє існування в цьому випадку важко виявити.
Особливості немолекулярное речовин
Говорячи про них, зазначають, що вони складаються з атомів, а не з молекул. Однак це ж справедливо і по відношенню до благородних газів. Дані атоми рухаються вільно, отже, краще вважати їх одноатомними молекулами. Однак не це головне. Важливіше, що в немолекулярное речовинах є дуже багато атомів, які пов`язані воєдино. Потрібно зауважити, що поділ усіх речовин на немолекулярное і молекулярні є недостатнім. Розподіл по зв`язності більш змістовно. Розглянемо, наприклад, відмінність у властивостях графіту і алмазу. Обидва вони є вуглецем, однак перше - м`яке, а друге - тверде. Чим же вони відрізняються один від одного? Різниця полягає якраз в їх зв`язності. Якщо розглянути структуру графіту, ми побачимо, що міцні зв`язки є лише в двох вимірах. А ось в третьому дуже значні міжатомні відстані, отже, немає міцного зв`язку. Графіт легко ковзає і розколюється по цим верствам.
Можливості підключення структури
Інакше її називають просторової розмірністю. Вона являє собою кількість вимірів простору, що характеризуються тим, що в них неперервна (майже нескінченна) система остов (міцних зв`язків). Значення, які вона може приймати, - 0, 1, 2 і 3. Отже, необхідно розрізняти трехмерно-зв`язкові, шаруваті, ланцюгові і острівні (молекулярні) структури.
Закон сталості складу
Ми вже вивчили основні поняття хімії. Речовина була коротко розглянуто нами. Тепер розповімо про закон, який відноситься до нього. Зазвичай його формулюють так: будь-індивідуальна речовина (тобто чисте), незалежно від того, яким способом воно було отримано, має однаковий кількісний і якісний склад. Але що ж означає поняття "чисте речовина"? Давайте розберемося.
Відео: 3 Загальна хімія Основні поняття і закони хімії Число Авогадро Завдання №2
Дві тисячі років тому, коли будова речовин не можна було ще вивчити прямими методами, коли ще навіть не існували основні хімічні поняття і закони хімії, звичні нам, його визначали описово. Наприклад, вода - це рідина, яка становить основу морів і річок. У неї немає запаху, кольору, смаку. Вона має такі-то температури замерзання і плавлення, від неї синіє сульфат міді. Солоної морська вода є тому, що вона не чиста. Однак солі можна відокремити за допомогою перегонки. Приблизно так, описовим методом, визначалися основні хімічні поняття і закони хімії.
Для вчених того часу було неочевидно, що рідина, яка виділена різними способами (спалюванням водню, зневодненням купоросу, перегонкою морської води), володіє однаковим складом. Великим відкриттям в науці стало доказ цього факту. Стало зрозуміло, що співвідношення кисню і водню не може плавно змінюватися. Це означає, що елементи складаються з атомів - неподільних порцій. Так були отримані формули речовин, а також обгрунтовано уявлення вчених про молекулах.
У наш час будь-яка речовина явно або неявно визначають насамперед формулою, а не температурою плавлення, смаком або кольором. Вода - Н2Відповідь: Якщо присутні інші молекули, вона вже не буде чистою. Отже, чисте молекулярне речовина являє собою те, що складено з молекул тільки одного виду.
Однак як в цьому випадку бути з електролітами? Адже в їх складі присутні іони, а не тільки молекули. Необхідно більш суворе визначення. Чисте молекулярне речовина являє собою те, що складено з молекул одного виду, а також, можливо, продуктів їх оборотного швидкого перетворення (ізомеризації, асоціації, дисоціації). слово "швидкого" в цьому контексті означає, що від цих продуктів ми не можемо позбутися, вони відразу ж з`являються знову. слово "оборотного" вказує на те, що перетворення не доводиться до кінця. Якщо доводиться, тоді краще говорити, що воно нестійке. У цьому випадку воно не є чистою речовиною.
Закон збереження маси речовини
Цей закон ще з найдавніших часів був відомий в метафоричній формі. В ньому було зазначено, що речовина несотворімо і незнищенне. Потім з`явилася його кількісна формулювання. Відповідно до неї, вага (а з кінця 17 століття - маса) є мірою кількості речовини.
Даний закон в звичному для нас вигляді був відкритий в 1748 році Ломоносовим. У 1789 році його доповнив А. Лавуазьє, французький вчений. Сучасна його формулювання звучить так: маса речовин, що вступають в хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, що утворюються в результаті неї.
Закон Авогадро, закон об`ємних відносин газів
Останній з них був сформульований в 1808 році Ж. Л. Гей-Люссак, французьким вченим. В даний час цей закон іменується законом Гей-Люссака. Згідно з ним, обсяги вступають в реакцію газів ставляться один до одного, а також до обсягів отриманих газоподібних продуктів як цілі невеликі числа.
Закономірність, яку виявив Гей-Люссак, пояснює закон, який був відкритий трохи пізніше, в 1811 році, Амедео Авогадро, італійським вченим. Він говорить, що при рівних умовах (тиску і температури) в газах, що мають однакові обсяги, присутній однакову кількість молекул.
Два важливих слідства випливають із закону Авогадро. Перше полягає в тому, що при однакових умовах один моль будь-якого газу займає рівний обсяг. Обсяг кожного з них при нормальних умовах (якими є температура 0 ° С, а також тиск 101,325 кПа) складає 22,4 л. Другий наслідок цього закону наступне: при рівних умовах відношення мас газів, що мають однаковий обсяг, дорівнює відношенню їх молярних мас.
Існує і ще один закон, про який неодмінно потрібно згадати. Розповімо про нього коротко.
Періодичний закон і таблиця
Д. І. Менделєєв, грунтуючись на хімічних властивостях елементів і атомно-молекулярному вченні, відкрив цей закон. Ця подія сталося 1 березня 1869 р Періодичний закон є одним з найважливіших в природі. Його можна сформулювати наступним чином: властивості елементів і утворених ними складних і простих речовин мають періодичну залежність від зарядів ядер їх атомів.
Періодична таблиця, яку створив Менделєєв, складається з семи періодів і восьми груп. Групами називаються її вертикальні стовпці. Елементи всередині кожної з них мають схожі фізичні і хімічні властивості. Група, в свою чергу, ділиться на підгрупи (головні і побічні).
Горизонтальні ряди цієї таблиці називають періодами. Елементи, які знаходяться в них, відрізняються між собою, однак у них є і спільне - те, що їх останні електрони розташовані на одному енергетичному рівні. У першому періоді знаходяться тільки два елементи. Це водень Н і гелій Чи не. Вісім елементів є у другому періоді. У четвертому їх уже 18. Менделєєв позначив цей період як перший великий. У п`ятому також 18 елементів, його структура схожа з четвертим. У складі шостого - 32 елемента. Сьомий не закінчений. Цей період починається з франція (Fr). Ми можемо припустити, що він буде містити 32 елемента, як і шостий. Однак поки знайдено лише 24.
правило откета
Згідно з правилом откета, все елементи прагнуть до того, щоб придбати електрон або втратити його для того, щоб мати 8-електронну конфігурацію благородного газу, найближчого до них. Енергія іонізації - це та кількість енергії, яка необхідна для відділення електрона від атома. Правило откета говорить, що при русі зліва направо по періодичній таблиці необхідно більше енергії для відриву електрона. Тому елементи, що знаходяться з лівого боку, прагнуть до того, щоб втратити електрон. Навпаки, ті, які розташовані з правого боку, жадають його придбати.
Відео: ФІЗИЧНА ХІМІЯ (ТЕРМОДИНАМІКА). Основні поняття: СИСТЕМИ, ПАРАМЕТРИ, ФУНКЦІЇ
Закони та основні поняття хімії коротко ми виклали. Безумовно, це лише загальна інформація. В рамках однієї статті неможливо докладно розповісти про настільки серйозною науці. Основні поняття і закони хімії, коротко викладені в нашій статті, - це лише відправна точка для подальшого вивчення. Адже в цій науці є безліч розділів. Існує, наприклад, органічна і неорганічна хімія. Основні поняття кожного з розділів цієї науки можна вивчати дуже довго. Але ті, які представлені вище, відносяться до загальних питань. Тому можна сказати, що це основні поняття органічної хімії, як і неорганічної.
