![]() |
РУБРИКИ |
Строение веществ. Систематика химических элементов |
РЕКЛАМА |
|
Строение веществ. Систематика химических элементовСтроение веществ. Систематика химических элементовСтроение веществ. Систематика химических элементовС.Ю. Елисеев, А.В. Врублевский Основные химические понятия и законы. Строение атома. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. Химия – наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения. Вещество – это конкретный вид материи, обладающий определенными физическими и химическими свойствами, состав которого может быть выражен химической формулой. Химической реакцией называется процесс превращения одних веществ в другие. Способность вещества участвовать в тех или иных химических реакциях характеризует его химические свойства. Простое вещество состоит из атомов одного и того же химического элемента. Химические соединения состоят из атомов нескольких элементов. Атомно – молекулярное учениеАтомы – мельчайшие химические частицы, являющиеся пределом химического разложения любого вещества. Химический элемент представляет собой вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. Другими словами, атом – это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. В настоящее время известно 117 химических элементов, из которых 92 встречаются в природе. Абсолютное большинство различных веществ состоит из молекул. Молекула – наименьшая частица вещества, способная существовать самостоятельно и сохраняющая его основные химические свойства. Массы атомов химических элементов чрезвычайно малы: ~ 10-27 – 10-25 кг. В химии пользуются относительными значениями масс атомов (Ar, где r – «относительный», от англ. relative). Относительная
атомная масса – это масса атома, выраженная в атомных единицах массы. За
атомную единицу массы принята 1/12 часть массы атома нуклида 1
а.е.м. = Относительная атомная масса – величина безразмерная. Соответственно, относительная молекулярная масса Mr вещества – это масса его молекулы, выраженная в а.е.м. Единицей измерения количества вещества (n) является моль. Моль – количество вещества, содержащее столько структурных элементарных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12С. Число атомов NA в 0,012 кг углерода, или в 1 моль, легко определить следующим образом:
Величина NA называется постоянной Авогадро. Основные стехиометрические законы химииСтехиометрия – раздел химии, рассматривающий количественные соотношения между реагирующими веществами. Закон сохранения массы: масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Закон постоянства состава: всякое чистое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав. Закон применим только к соединениям с молекулярной структурой. Закон эквивалентов: массы реагирующих друг с другом веществ, а также массы продуктов этой реакции пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ. Например, в условной реакции А + 2В = 3С + Д mА : mВ : mС : mД = ЭА : ЭВ : ЭС : ЭД, где m – масса веществ, а Э – молярная масса эквивалентов. Другими словами можно сказать, что вещества реагируют и образуются в эквивалентных количествах. Один эквивалент одного вещества всегда взаимодействует с одним эквивалентом другого. Эквивалент – реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или быть каким–либо другим образом эквивалентна одному иону водорода в кислотно–основных реакциях или одному электрону в окислительно–восстановительных реакциях. При использовании понятия «эквивалент» всегда необходимо указывать, к какой ионной реакции оно относится. Законы газового состоянияЗакон объемных отношений (Гей–Люссака): при неизменных температуре и давлении объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу, а также к объемам образующихся газообразных продуктов как небольшие целые числа. Закон Авогадро: в равных объемах любых газов при одинаковых условиях (Т, р) содержится равное количество молекул. Следствия из закона Авогадро: При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объем. При н.у. 1 моль различных газов занимает объем 22,4 л (молярный объем газа, л/моль). Отношение масс равных объемов различных газов равно отношению их молекулярных масс: где
m1 и m2 – массы, а
Тогда
Объединенный газовый закон: р0 = 101325 Па, Т0 = 0 ºС (273,15 К), где р0, V0, Т0 – соответственно давление, объем, температура при н.у.; р, V, Т – те же параметры данного количества газообразного вещества при других условиях. Для
1 моль любого газа при н.у.: R = 8,314 Дж/(моль×К) Для 1 моля газа тогда имеем: Это уравнение состояния идеального газа. Если количество газа другое, то получим уравнение Менделеева – Клапейрона:
Закон парциальных давлений: общее давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь: где р – общее давление; р1, р2 … - парциальные давления газов 1, 2 … Парциальное давление газа в смеси – давление, которое производило бы это же количество данного газа, если бы он один занимал при этой же температуре весь объем, занимаемый смесью. Строение атомаАтом – электронейтральная система, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Ядра атомов состоят из двух типов частиц (нуклонов) – протонов (р) и нейтронов (n). Заряд протона равен по величине и противоположен по знаку заряду электрона; масса его равна приблизительно одной а.е.м. Нейтрон – незаряженная частица с массой, приблизительно равной массе протона. Линейные размеры атома - ~10-8 см, ядра - ~10-12-10-13 см. Основная масса атома сосредоточена в ядре и характеризуется массовым числом А, равным сумме чисел протонов (заряда ядра) Z и нейтронов N: А=Z+N. Главной характеристикой атома является заряд ядра (Z). Он определяет число электронов, находящихся вокруг ядра, т.е. принадлежность атома к данному виду химических элементов, и соответствует атомному номеру (в периодической системе элементов – порядковому номеру) элемента. В
обозначении атома элемента отражаются массовое число и количество протонов - Относительная
атомная масса элемента является средней величиной массовых чисел его природных
изотопов с учетом степени их распространения. Например, хлор в природе
находится в основном в виде двух изотопов - Основой современной теории строения атома являются законы и положения квантовой (волновой) механики – раздела физики, изучающего движение микрообъектов. Микрообъекты обладают одновременно корпускулярными и волновыми свойствами. Для описания движения микрочастиц используется вероятностный подход, то есть определяется не их точное положение, а вероятность нахождения в той или иной области околоядерного пространства. Состояние электрона в атоме описывается с помощью квантовомеханической модели – электронного облака, плотность соответствующих участков которого пропорциональна вероятности нахождения электрона. Обычно под электронным облаком понимают область околоядерного пространства, которая охватывает примерно 90% электронного облака. Эта область пространства называется также орбиталью. Существует система квантовых чисел, которая определяет состояние электрона в атоме. Главное
квантовое число n определяет энергию электрона и размер электронного облака.
Оно может принимать целочисленные значения от 1 до Совокупность электронных состояний, имеющих одинаковое значение главного квантового числа n, называется электронным слоем или энергетическим уровнем. Наименьшее значение энергии Е соответствует n =1. Остальным квантовым состояниям отвечают более высокие значения энергии. Электроны, находящиеся на этих энергетических уровнях, менее прочно связаны с ядром. Для атома водорода квантовое состояние с n =1 соответствует его наименьшей энергии и называется основным. Состояния n = 2, 3, 4… называются возбужденными. Орбитальное
(побочное) квантовое число Орбитальное квантовое число: 0 1 2 3 4 Подуровень: s p d f g Формы
орбиталей, соответствующие различным значениям
|