Основные понятия химии
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ
Химия — наука, изучающая
состав, строение, свойства, получение и превращения веществ.
Атомно-молекулярное учение —
учение о строении веществ из атомов и молекул, создано трудами Ломоносова и
Дальтона.
Вещества состоят из
мельчайших частиц — молекул, которые находятся в непрерывном движении. При
повышении температуры скорости движения молекул увеличиваются, при снижении —
уменьшаются.
Молекулы различных веществ
отличаются друг от друга массой, размерами и химическими свойствами. Все молекулы
одного вещества одинаковы.
Молекулы состоят из более
мелких частиц - атомов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов,
молекулы сложных веществ состоят из разных атомов.
Атомы одного элемента
отличаются от атомов других элементов зарядом атомного ядра, размером и
химическими свойствами. При химических реакциях изменяется состав молекулы.
Атомы при химических реакциях не разрушаются.
Атом — электронейтральная
частица, состоящая из положительно заряженного ядра и одного или нескольких электронов.
Молекула — наименьшая частица
вещества, обладающая всеми химическими свойствами данного вещества. Для
некоторых веществ понятия атома и молекулы совпадают.
Химический элемент — вид
атомов, характеризующихся определенным зарядом ядра.
Простым веществом называется
вещество, молекулы которого состоят из атомов одного элемента, например
водород, кислород и азот и т. д. Каждый элемент имеет определенный химический
знак, соответствующий первым буквам латинского названия данного элемента.
Соединениями или сложными
веществами называются вещества, молекулы которых состоят из атомов разных
элементов, например вода.
Аллотропия - существование
одного и того же элемента в виде двух или нескольких простых веществ.
Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов
(например, кислород О2 и озон О3) или различных кристаллических форм (например,
углерод образует графит и алмаз).
Этот случай называется также
полиморфизмом.
Физические явления — это
любые изменения вещества, не при водящие к изменению состава и строения его
молекул, например изменение агрегатного состояния веществ, хотя кристалл и газ,
например, обладают различными физическими свойствами.
Химические явления или
химические реакции — это явления или реакции, при которых из одних веществ
образуются новые вещества. Химические реакции постоянно совершаются в живой и
неживой природе. Процессы ржавления, горения, гниения представляют собой
химические явления. Часто явления физические и химические происходят
одновременно, маскируя друг друга, например, пропускание электрического тока
через проволоку сопровождается явлениями физического порядка: нагреванием
проволоки, расширением ее, увеличением сопротивления,испусканием света, но то
же нагревание проволоки на открытом воздухе приводит к явлениям химического
характера: металл при нагревании реагирует с кислородом воздуха, превращаясь в
оксид.
Механическая смесь и
химическое соединение имеют следующие различия:
При приготовлении
механической смеси составные части можно брать в любых количественных
соотношениях. Чтобы получить химическое соединение и при этом одно из взятых
веществ не вещества в определенных соотношениях.
Свойства веществ,
составляющих механическую смесь, сохраняются, так как составные части в смеси
остаются химически неизменными. При химической реакции свойства исходных
веществ не сохраняются, так как в результате их взаимодействия образуется новое
вещество с иными свойствами.
При механическом смешивании
не наблюдается выделения или поглощения теплоты. Химические реакции практически
всегда сопровождаются тепловыми эффектами.
Металлы — простые вещества,
обладающие высокими тепло- и электропроводностью, ковкостью, блеском и другими
характерными свойствами, которые обусловлены наличием в их кристаллической
решетке свободно перемещающихся электронов (обобщенного электронного облака).
Неметаллы — простые вещества,
не обладающие свойствами металлов. Резкой границы меду металлами и неметаллами
провести нельзя.
Типы химических реакций:
Реакция соединения - реакция,
при которой из атомов или молекул двух или более веществ образуются молекулы
одного вещества.
Реакция разложения - реакция,
при которой из одного вещества образуется два или более веществ.
Реакция замещения - реакция,
при которой атомы, входящие в состав простого вещества, замещают атомы одного
из элементов в сложном веществе.
Экзотермические реакции
реакции, протекающие с
выделением теплоты.
Эндотермические реакции
реакции, протекающие с
поглощением теплоты.
Скорость химической реакции —
отношение изменения концентрации одного из реагирующих веществ ко времени, за
которое это изменение произошло.
Скорость химической реакции
зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, давления и
агрегатного состояния.
Равновесие химическое -
состояние смеси реагирующих веществ, при котором скорость прямой реакции равна
скорости обратной реакции.
Смещение химического
равновесия — процесс изменения концентрации веществ в реагирующей смеси.
Изменения равновесия, вызываемые изменением внешних условий, можно предвидеть,
руководствуясь общим положением, известным под названием принципа Ле Шателье:
если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие
(изменять температуру, давление или концентрацию), то равновесие в системе
сместится в направлении, при котором эффект произведенного воздействия
уменьшится. Так, повышение температуры сместит равновесие в сторону реакций,
которые идут с поглощением тепла; увеличение давления будет благоприятствовать
реакциям, идущим с уменьшением объема.
Атомный вес элемента - вес
атома, выраженный в углеродных единицах (у. е.), или число, показывающее, во
сколько раз атом данного элемента тяжелее 1/12 части веса атома углерода (120).
Молекулярный вес — вес
молекулы, выраженный в у. е., т. е. число, показывающее, во сколько раз моле
кула данного вещества тяжелее 1/12 части веса атома углерода (12 С).
Закон постоянства состава:
независимо от способа получения данного соединения его весовой состав
постоянен.
Закон сохранения массы
веществ: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ,
образовавшихся после реакции.
Грамм-атом — количество
вещества, вес которого, выраженный в граммах, численно равен молекулярному весу
данного вещества.
Закон Авогардо: в равных
объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление)
содержится одинаковое число молекул.
Формула химическая —
сокращенное обозначение состава какого-либо соединения с помощью химических
законов и чисел, указывающих на количественное соотношение элементов в данном
соединении.
Валентность - свойство атомов
данного элемента присоединить или замещать в молекуле определенное число атомов
других элементов. За единицу валентности принята валентность водорода.
Структурные формулы элементов
— формулы веществ с изображением валентности элементов, например в дн:
Н-О-Н.
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УГЛЕВОДОРОДЫ
Гибридизация - это смешивание
валентных электронных облаков и образование качественно новых, равноценных
гибридных валентных электронных облаков.
У атома углерода в
возбужденном состоянии 4 валентных электрона
Они неравноценны: s-электрон
сферической формы, р-электроны имеют форму восьмерки и направлены по осям х, у,
z.
При образовании химических
связей у атома углерода происходит гибридизация. В зависимости от вида
гибридизации атомы углерода могут находиться в трех валентных состояниях:
I валентное состояние. Для
него характерна sр3-гибридизация. В случае sp3- гибридизации образуется четыре
гибридных облака, которые направлены из центра тетраэдра к его вершинам. Угол
между осями гибридных электронных облаков оказывается равным 109°28». Так
образуется метан и его гомологи — алканы с общей формулой
CnH2n + 2
Алканы в пространстве имеют
зигзагообразное строение - это ряд тетраэдров, соединенных своими вершинами:
II валентное состояние -
sр2-гибридизация. Если происходит sр2-гибридизация, то образуется три гибридных
валентных облака, которые лежат на плоскости под углом 120°.
Они образуют на плоскости три
сигма-связи. Четвертая связь с соседним атомом углерода образуется в
перпендикулярной плоскости двумя р-электронами, которые не участвовали в
гибридизации. Так образуется этилен и его гомологи с общей формулой CnH2n.
III валентное состояние —
sp-гибридизация. В случае sp-гибридизации образуются два гибридных облака,
которые лежат на осевой линии, соединяющей ядра двух атомов под углом 180°. Они
образуют две сигма-связи по осевой линии — с водородом и углеродом.
2р-электрона, которые не участвовали в гибридизации, образуют с соседним атомом
углерода две П-связи в двух взаимноперпендикулярных плоскостях. Так образуется
ацетилен и его гомологи с общей формулой
CnH2n + 2.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
УГЛЕВОДОРОДОВ
Химические свойства,
характерные для углеводородов, содержащихся в молекулах:
а) простые связи;
а) Алканы содержат простые
связи между атомами углерода. Для них характерны реакции замещения, они трудно
окисляются, не обесцвечивают раствор перманганата калия.
Например: галогенирование
метана под действием света
б) Этилен С2Н4 горит, но в
отличие от этана, светящимся пламенем, так как имеет повышенное содержание
углерода:
Ацетилен С2Н2 горит коптящим
пламенем, так как имеет большой процент углерода в молекуле:
Для этилена и ацетилена
характерны реакции присоединения и окисления, так как они содержат двойную и
тройную связи.
Если условно обозначить
окислитель атомом кислорода, то
При этом раствор перманганата
калия обесцвечивается.
Линейная полимеризация
ацетилена:
СН=СН+СН=СН-->СН2=СН-С
=СН (винилацетилен)
Циклическая
полимеризация ацетилена:
3C2H2
c C6H