Основні поняття і закони хімії

Речовини складаються з атомів або молекул, певним чином пов’язаних між собою.

Маси атомів та молекул дуже малі, тому для порівняння їх мас зручно користуватися відносними атомними і молекулярними масами, які показують, у скільки разів атом чи молекула є легшими або важчими від стандартної величини. На даний час як стандарт використовують атомну одиницю маси.

Атомна одиниця маси (а.о.м.) – це 1/12 частка від маси атома ізотопу Карбону ¹²С.

Атомна одиниця масименша від звичайної стандартної маси (у грамах) у 6,02∙10²³ разів. Тому справедливе співвідношення:

1 а.о.м. ∙ 6,02∙10²³ = 1 г

Маса атома, виражена в а.о.м., називається відносною атомною масою (A_r ). Вона є безрозмірною величиною. Атомні маси хімічних елементів зазначені в періодичній системі елементів.

Молекулярна маса (M_r ) – маса молекули, виражена в атомних одиницях маси. Вона також є безрозмірною величиною. Молекулярні маси сполук дорівнюють сумі мас атомів, що утворюють молекулу.

Наприклад, атомна маса Гідрогену А_r (H) = 1, А_r (Be) = 9, А_r (O) = 16, А_r (Mg) = 24, відповідно, маса молекули водню, що складається з двох атомів Гідрогену M_r (H₂) = 2·1 = 2, аналогічно, M_r (N₂) = 2·14 = 28, M_r (CO₂) = 12 + 2·16 = 44,
M_r (H₂SO₄) = 2·1 + 32 + 4·16 = 98.

Наприклад, відносна атомна маса Магнію становить 24. Це означає, що атом Магнію „важчий“ від атома Гідрогену в 24/1 = 24 рази, від молекули водню в 24/2 = 12 разів, від атома Карбону в 24/12 – вдвічі,від атома Оксигену в 24/16 = 1,5рази, від атома Сульфуру в 24/32 = 0,75 разів, тобто „легший“ у 32/24 = 1,33 рази.

У хімії користуються фізичною величиною, яка називається кількістю речовини (ν). Одиницею вимірювання кількості речовини є моль.

Експериментально встановлено, що у 12 г ізотопу Карбону ¹²С міститься6,02·10²³ атомів. Отже, 1 моль будь-якої речовини містить 6,02·10²³ структурних частинок (атомів, молекул, йонів тощо). Це число називають сталою Авогадро (N_A ).

Маса 1 моля речовининазивається мольною (молярною) масою речовини (M). Мольна маса речовини чисельно дорівнює відносній атомній або молекулярній масі; одиниці розмірності - г/моль.

Наприклад, мольна маса атомарного Гідрогену дорівнює 1 г/моль, молекулярного водню 2 г/моль, сульфатної кислоти 98 г/моль.

При розв’язку задач зручно використовувати такі формули:

де m – маса речовини, г;

M – мольна маса, г/моль;

де N – число структурних одиниць;

N_A – стала Авогадро, N_A = 6,02·10²³ моль^–1.

Згідно із законом сталості складу елементи сполучаються один з одним у строго визначених вагових співвідношеннях. Найменші вагові співвідношення називаються хімічними еквівалентами (сполучними масами), що означає – рівноцінна кількість.

Масу одного еквівалента речовини називають еквівалентною масою (мольною масою еквівалента Е), одиниці вимірювання якої – г/моль-екв.

Наприклад, у НВr з одним молем атомів Гідрогену сполучається 1 моль атомів Брому, тому еквівалент Брому в цій сполуці дорівнює одному молю атомів Брому, а його еквівалентна маса дорівнює 80 г/моль-екв.

У Н₂О з одним молем атомів Гідрогену сполучається 1/2моль атомів Оксигену, тому еквівалент Оксигену у цій сполуці дорівнює 1/2 моль атомів Оксигену, а його еквівалентна маса дорівнює 16/2 = 8 г/моль-екв.

Отже, зрозуміло, що в хімічних реакціях різні індивідуальні речовини беруть участь у строго еквівалентних кількостях. Це твердження є основою закону еквівалентів:

Еквівалентні маси елементів визначають за формулою:

де М – мольна маса елемента;

В – валентність елемента.

Наприклад, Е (Al)= 27/3 = 9 г/моль-екв.

Еквівалентні маси складних речовин визначаються за наступними формулами.

Еквівалентна маса кислоти:

Основність кислоти визначається кількістю катіонів Гідрогену в молекулі кислоти, здатних заміщатися на катіони металу.

Еквівалентна маса основи:

Кислотність основи визначається кількістю гідроксильних груп в молекулі основи, що заміщуються на кислотні залишки.

Еквівалентна маса солі:

де n – число атомів металу;

В – валентність металу.

Для визначення кількості еквівалентів (n_екв) речовини, що має певну масу m, використовують формулу:

Встановлено, що один моль будь-якого газу за однакових умов займає певний об’єм, оскільки згідно із законом Авогадро у однакових об’ємах газів за однакових умов міститься однакова кількість молекул.

За нормальних умов (н.у.):

· тиск 1 атм = 760 мм рт.ст. = 101325 Па,

· температура 0°С = 273 К

об’єм 1 моль будь–якого газу дорівнює 22,4 дм³.

Стала V_m = 22,4 дм³/моль називається молярним об’ємом газу за нормальних умов.

За будь-яких умов молярний об’єм газу – це величина, що дорівнює відношенню об’єму газу за даних умов до кількості речовини цього газу:

де V_m – молярний об’єм газу за даних (будь-яких) умов, дм³/моль;

V – об’єм газу за даних (будь-яких) умов, дм³;

ν – кількість речовини газу, моль.

За стандартних умов (тиск 1 атм. (101325 Па) і температури 298,15 К або 25 °С) молярний об’єм газу дорівнює не 22,4, а 24,4 дм³/моль.

Відношення маси певного об’єму одного газу до маси такого самого об’єму іншого газу (взятого за тих самих умов) називається відносною густиною першого газу за другим .

Якщо об’єми газів, що порівнюють між собою, однакові, то відносна густина визначається за формулою:

де m₁ і m₂ – маси однакових об’ємів газів 1 і 2 за однакових температури і тиску.

Відповідно можна записати, що:

де M₁ і M₂ – мольні маси газів 1 і 2.

де ρ₁ і ρ₂ – густини газу 1 та газу 2.

Отже, густини різних газів, узятих за однакових умов, пропорційні їх молярним масам:

Якщо умови відмінні від нормальних, то для розрахунку параметрів газів використовують рівняння Клапейрона–Менделєєва:

де М – мольна маса газу, г/моль;

m – маса газу, г;

Т – температура, К, Т = t^о + 273;

V – об’єм газу, м³,

р – тиск газу, Па, (1 атм. = 101325 Па, 1 мм рт.ст. = 133,322 Па);

R = 8,31 Дж/К·моль – універсальна газова cтала.

Виходячи із формул речовин можна дати їх кількісну характеристику, зокрема, визначати масову частку кожного хімічного елемента у сполуці.

Масова частка (ω) показує, яку частину становить маса даного елемента від всієї маси речовини:

n – кількість атомів елемента у сполуці;

A_r – атомна маса елемента;

M_r – молекулярна маса.

Дата добавления: 2015-05-24