Основные понятия. Лекция № 1. Основные понятия и законы химии

Лекция № 1. Основные понятия и законы химии

Химия – это наука о веществах, изучающая их состав, строение, свойства, а также их превращения.

Природа, т.е. окружающий мир, – это различные формы движущейся материи, которая может существовать в виде элементарных частиц и полей. Взаимодействуя друг с другом, частицы и поля образуют более сложные системы – атомы. Атомы при взаимодействии образуют различные вещества. Каждое вещество обладает набором характерных признаков – свойств, которые отличают одно вещество от другого. При изменении условий одни вещества могут превращаться в другие – происходит химическая реакция. В определенной совокупности вещества образуют материалы, которые использует человек. На базе химических знаний создаются новые технологии, позволяющие получать принципиально новые вещества и материалы, металлы и сплавы, полупроводниковые и сверхпроводниковые материалы, лекарственные препараты, красители, синтетические материалы и т.д.

Атом – наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул и сохраняющая химические свойства данного элемента.

Молекула – наименьшая частица вещества, способная к самостоятельному существованию и обладающая всеми химическими свойствами данного вещества. Молекулы могут содержать различное число атомов: молекулы простых газов двухатомны, молекулы воды – трехатомны, молекулы белков содержат сотни тысяч атомов.

Химический элемент – это вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств. При взаимодействии атомов одного элемента образуется простое вещество, которое является формой существования химического элемента в свободном состоянии. Сочетание разных атомов дает сложное вещество, т.е. химическое соединение.

Многие химические элементы образуют не оно, а несколько простых веществ. Такое явление называют аллотропией, а каждое из этих простых веществ – аллотропной модификацией данного элемента. Существование таких модификаций обусловлено неодинаковой кристаллической структурой простых веществ или различным числом атомов, входящих в состав молекул отдельных аллотропных форм. Вследствие этого аллотропные модификации химического элемента различаются физическими свойствами и химической активностью. Например, алмаз и графит резко отличаются по своим физическим и химическим свойствам, однако являются аллотропными модификациями одного химического элемента – углерода.

Одной из важнейших характеристик атомов и молекул является их масса. Абсолютные величины (т.е. массы, выраженные в граммах) очень малы, например, масса атома водорода равна 1,67·10^-24 г. Поэтому для практических целей введена атомная единица массы (а.е.м.), которая составляет 1/12 часть массы атома изотопа углерода с массовым числом, равным 12, – ¹²С:

1 а.е.м.=1,667·10^-24 г.

Масса атома, выраженная в атомных единицах массы, называется относительной атомной массой и обозначается A_r. Относительная атомная масса является безразмерной величиной и показывает во сколько раз масса данного атома больше ¹/₁₂ массы ¹²С. Например, A_r(S) = 32.

Масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы, называется относительной молекулярной массой и обозначается M_r. Зная формулу химического соединения, можно рассчитать его молекулярную массу как сумму относительных атомных масс всех входящих в его состав атомов. Например, М_r(Н₂SO₄) = 2·A_r(H) + A_r(S) + 4·A_r(O) = 2·1 + 32 + 4·16 = 98.

В химии широко применяется единица количества вещества – моль. Моль – это количество вещества, содержащее столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов и др.) данного вещества, сколько их содержится в 12 г изотопа углерода ¹²С. Вычислено, что в 12 г ¹²С содержится 6,02·10²³ атомов. Это число называется числом Авогадро и обозначается N_А. Следовательно, в одном моле любого вещества содержится 6,02·10²³ частиц.

Масса одного моля вещества называется молярной массой вещества и обозначается М. Молярная масса вещества представляет собой отношение массы вещества (m) к количеству вещества (ν): М = m/ ν. Молярную массу обычно выражают в граммах на моль (г/моль) и численно она равна относительной молекулярной массе. Например, М(Н₂SO₄) = 98 г/моль.

Объем, занимаемый одним молем газа при нормальных условиях (температура 0ºС, давление 760 мм рт. ст. или 101, 325 кПа), называют молярным объемом. Он обозначается V_m и равен 22,4 л/моль.

Химические реакции изображают с помощью химических уравнений. Принято выделять следующие типы химических реакций:

1. реакции соединения: А + В = АВ

Например, СаО + СО₂ = СаСО₃

2. реакции разложения: АВ = А + В

Например, СаСО₃ = СаО + СО₂

3. реакции замещения: АВ + С = АС + В

Например, Zn + CuSO₄ = Cu + ZnSO₄

4. реакции обмена: АВ +CD = AD + CB

Например, CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O

Дата добавления: 2014-01-04