Основные законы химии

Вопросы для самоконтроля

Значение химии в изучении природы и развитии техники

Сейчас, когда население земного шара приближается к 7 миллиардам, трудно представить, как можно было бы прокормить, защитить от болезней, одеть и согреть в холодное время такое огромное количество людей, не использую синтетических материалов, лекарств, искусственных удобрений, продуктов переработки нефти, угля, газа, древесины, различных руд. Не менее важны и многие вещи, которые просто украшают нашу жизнь, делают ее легкой и удобной. Эти современные воздушные лайнеры из новейших материалов, переносящие нас без посадки на другой конец Земли, живые краски кино и телевидения, искусственные беговые дорожки стадионов, яркие цвета легкой и удобной одежды, прекрасные ароматы духов и шампуней. И многое, многое другое, что так или иначе связано с химией.

Но это лишь одна – прикладная сторона химии. Еще более интересна ее роль в познании окружающего мира. Здесь до сих пор много неясного, даже загадочного. Не нужно думать, что современная наука уже знает все. Например, нашу планету можно сравнить с могучей химической машиной. На поверхности Земли и ее недрах постоянно происходят сложнейшие химические превращения. Как работает эта машина? Каким образом поддерживаются условия для ее бесперебойной работы? Как на протяжении миллиардов лет Земле удается сохранить примерно постоянную(и наилучшую!)температуру для протекания сложных химических реакций? Почему содержание газа кислорода в атмосфере Земли сохраняется неизменным (причем с точностью до процента!) последние полмиллиарда лет?

Принято считать, что кислород продуцируют зеленые растения, но ведь в разные эпохи существования планеты растительный мир Земли менялся разительно! Кстати, ученым удалось выяснить, что при повышении доли кислорода в атмосфере всего на 3% лесные пожары опустошили бы сушу (в этом случае горит даже мокрая трава и лем под дождем!). Таких катастроф на Земле пока не происходило. Но где он – этот таинственный регулятор состава атмосферы? Будет ли повышаться содержание в атмосфере углекислого газа или тот же регулятор справится с ним? Не может ли человек своими неосторожными действиями поломать этот регулятор? Это лишь малая часть вопросов, на которые современная химия в содружестве с физикой и биологией упорно ищет ответы. О других мы расскажем позже, когда познакомимся с атомами, молекулами, простыми и сложными веществами и другими важнейшими понятиями химии.

1. Дайте определение химии как науки.

2. Охарактеризуйте место химии среди других естественных наук?

3. В чем заключаются предмет и задачи химии?

4. Какое значение имеет изучение химии для будущих специалистов?

5. Каковы основные исторические этапы в развитии химии?

6. Роль химии в изучении природы и развитии техники.

Раздел химии, рассматривающий количественный состав веществ и количественные соотношения (массовые, объемные) между реагирующими веществами, называется стехиометрией. В соответствии с этим, расчеты количественных соотношений между элементами в соединениях или между веществами в химических реакциях называются стехиометрическими расчетами. В основе их лежат законы сохранения массы, постоянства состава, кратных отношений, а также газовые законы – объемных отношений и Авогадро. Перечисленные законы принято считать основными законами стехиометрии.

Закон сохранения массы — закон физики, согласно которому масса физической системы сохраняется при всех природных и искусственных процессах. В исторической, метафизической форме, согласно которой вещество несотворимо и неуничтожимо, закон известен с древнейших времен. Позднее появилась количественная формулировка, согласно которой мерой количества вещества является вес (позднее — масса). Закон сохранения массы исторически понимался как одна из формулировок закона сохранения материи. Одним из первых его сформулировал древнегреческий философ Эмпедокл (V век до н. э.): ничто не может произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться. Позже аналогичный тезис высказывали Демокрит, Аристотель и Эпикур (в пересказе Лукреция Кара). С появлением понятия массы как меры количества вещества, пропорциональной весу, формулировка закона сохранения материи была уточнена: масса есть инвариант (сохраняется), то есть при всех процессах общая масса не уменьшается и не увеличивается (вес, как предполагал уже Ньютон, инвариантом не является, поскольку форма Земли далека от идеальной сферы). Вплоть до создания физики микромира, закон сохранения массы считался истинным и очевидным. И. Кант объявил этот закон постулатом естествознания (1786). Лавуазье в «Начальном учебнике химии» (1789), приводит точную количественную формулировку закона сохранения массы вещества, однако не объявляет его каким-то новым и важным законом, а просто упоминает мимоходом как о хорошо известном и давно установленном факте. Для химических реакций Лавуазье сформулировал закон так: ничто не творится ни в искусственных процессах, ни в природных, и можно выставить положение, что во всякой операции [химической реакции] имеется одинаковое количество материи до и после, что качество и количество начал остались теми же самыми, произошли лишь перемещения, перегруппировки.

В XX веке обнаружились два новых свойства массы: 1. Масса физического объекта зависит от его внутренней энергии. При поглощении внешней энергии масса растет, при потере — уменьшается. Отсюда следует, что масса сохраняется только в изолированной системе, то есть при отсутствии обмена энергией с внешней средой. Особенно ощутимо изменение массы при ядерных реакциях. Но даже при химических реакциях, которые сопровождаются выделением (или поглощением) тепла, масса не сохраняется, хотя в этом случае дефект массы ничтожен; 2. Масса не является аддитивной величиной: масса системы не равна сумме масс ее составляющих. В современной физике закон сохранения массы тесно связан с законом сохранения энергии и выполняется с таким же ограничением — надо учитывать обмен системы энергией с внешней средой.

Закон постоянства состава (Ж.Л. Пруст, 1801—1808гг.) — любое определенное химически чистое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же химических элементов, причем отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами. Это один из основных законов химии. Закон постоянства состава выполняется для дальтонидов (соединений постоянного состава) и не выполняется для бертоллидов (соединений переменного состава). Однако условно для простоты состав многих бертоллидов записывают как постоянный.

Закон кратных отношений открыт в 1803 Дж.Дальтоном и истолкован им с позиций атомизма. Это один из стехиометрических законов химии: если два элемента образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного из элементов, приходящиеся на одну и ту же массу другого элемента, относятся как целые числа, обычно небольшие.

Дата добавления: 2014-01-04