Загрузил Анка

Нострификация лол

Реклама
1.Основные химические понятия
Химия - это наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате
химических реакций, о законах, которым эти превращения подчиняются. Химия занимается
изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких
взаимодействий.
Атом - мельчайшая, химически неделимая, электронейтральная частица вещества, состоит из ядра и
электронной оболочки. Если число протонов или электронов различается - он обладает
положительным или отрицательным зарядом и называется ионом, частицей реального вещества
(одно- или многоатомные), несущие на себе электрический заряд (пример: простые – H+, Na+, Сu2+;
сложные – NH4+, SO42-).
Молекула - наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Состоит из
атомов.
Макромоле́кула — молекула с высокой молекулярной массой, структура которой -многократные
повторения звеньев, образованных из молекул малой молекулярной массы. Число атомов в них
может быть доходить до миллионов.
Вещество — вид материи с определёнными химическими и физическими свойствами. Совокупность
атомов, атомных частиц или молекул, находящаяся в определённом агрегатном состоянии. Из них
состоят физические тела (медь — вещество, а медная монета — физическое тело).
Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента: водород,
кислород и т. д.
Сложное вещество — вещество, состоящее из атомов разных химических элементов: кислоты, вода
и др.
Хими́ческий элеме́нт — атомы с одинаковым зарядом ядра и числом протонов (порядковый номер в
периодической таблице). На сегодня известно 118 химических элементов. Каждый элемент
обозначен одной или двумя буквами из его латинского названия (водород - H — первая буква
названия хайдроджениум).
Химическая связь— это взаимодействие атомов, обуславливающее устойчивость молекулы или
кристалла как целого. Химическая связь определяется взаимодействием между заряженными
частицами (ядрами и электронами).
Валентность — количество химических связей, которое образует один атом.
Смесь — химическое вещество, в состав входит не менее двух веществ (компонентов смеси). В
зависимости от фазового состава различают
• гомогенную смесь, представляющую собой однородную систему, химический состав и физические
свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями
системы нет поверхностей раздела). Составные части её нельзя отделить друг от друга
механическими методами; Делятся по агрегатному состоянию на три группы:
• газовые смеси (газовые растворы), например, атмосферный воздух;
• растворы (жидкие растворы), например, раствор сахара в воде, природная вода, нефть и
нефтепродукты;
• твёрдые растворы, например, природный минерал электрум и входящий в состав углеродистых
сталей аустенит.
Гетерогенную смесь, состоящую из однородных частей, разделённых поверхностью раздела. Фазы
отличаются друг от друга по составу и свойствам. Составные части её можно отделить друг от друга
механическими методами. К гетерогенным смесям относятся, например, композиты.
Атомное ядро - центральная часть атома, состоящая из Z протонов и N нейтронов, в которой
сосредоточена основная масса атомов.
Заряд ядра - положительный, равен количеству протонов в ядре или электронов в нейтральном
атоме и совпадает с порядковым номером элемента. Сумма их - массовое число A = Z + N.
Атомная единица массы (а.е.м) – это единица измерения масс атомов, молекул и элементарных
частиц. За атомную единицу массы принята 1/12 массы нуклида углерода 12С. Масса этого нуклида в
единицах СИ равна 1,9927 × 10-26 кг.
Относительная молекулярная масса (Mr) (relativí molekulová hmotnost) - безразмерная величина,
показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода
12C, равна сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов.)
Изотопы – разновидности одного и того же химического элемента, близкие по своим физико-
химическим свойствам, но имеющие разную атомную массу.
Моль – количество вещества, содержащего столько же молекул, сколько содержится атомов в 0,012
кг углерода. Если кол-во вещества равно, например, 2,5 моль, то это означает, что число молекул в
теле в 2,5 раза превышает число атомов в 0,012 кг углерода. Количество вещества выражают в молях.
Постоянная Авогадро - число молекул или атомов NА в моле вещества называют постоянной
Авогадро. Согласно определению моля постоянная Авогадро одинакова для всех веществ. Она равна,
в частности, числу атомов в моле углерода, т. е. в 0,012 кг углерода. постоянная Авогадро равна:
NA = 6,02·1023. Зная количество вещества ν (ню) и число NА, мы тем самым знаем число N молекул в
веществе. (N=v*NA).
Молярной массой - называют массу вещества, взятого в количестве одного моля. Согласно этому
определению молярная масса равна произведению массы молекулы на постоянную Авогадро: M =
m0NА.
Молярный объём — объём одного моль вещества, получается от деления молярной массы на
плотность, характеризует плотность упаковки молекул.
Относительная атомная масса - безразмерная величина, отношение средней массы атома элемента,
с учетом изотопов, к 1/12 массы атома -12C.
Средняя абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.
Химическая формула - обозначение химического состава и структуры соединений с помощью
химических символов, числовых и вспомогательных знаков (скобок, тире), являются составной
частью языка химии, на их основе составляются схемы, уравнения химических реакций, химическая
классификация и номенклатура веществ. В настоящее время различают следующие виды
химических формул:
• Эмпирическая формула. Разные авторы могут использовать этот термин для обозначения
простейшей, истинной или рациональной формулы
• Простейшая – получается опытным путём через определение соотношения химических элементов
в веществе с применением значений атомной массы элементов, простейшая формула воды - H2O, а
простейшая формула бензола CH (в отличие от C6H6 истинной). Атомы в формулах обозначаются
знаками химических элементов, а относительное их количество — числами в формате нижних
индексов.
• Истинная, молекулярная, брутто- формула— при известной молекулярной массе вещества.
Истинная формула воды совпадает с простейшей, а бензола С6Н6, что отличается от
простейшей. Они отражают состав, но не структуру молекул вещества. Истинная формула
показывает точное количество атомов каждого элемента в одной молекуле.
• В рациональных формулах выделяются группы атомов, характерные для классов химических
соединений, для спиртов – ОН, часто встречаются в полуразвернутом виде, когда часть
одинаковых атомов показывается по отдельности для лучшего отражения строения молекулы
вещества. При записи ее группы атомов заключаются в круглые скобки (ОН). Количество
повторяющихся групп обозначаются числами в формате нижних индексов, сразу за
закрывающей скобкой. Квадратные скобки отражают структуры комплексных соединений,
К4[Co(CN)6] — гексацианокобальтат калия.
• Структурная формула - графически расположенные атомы в молекуле. Химические связи
между атомами обозначаются линиями. Различают 2D и 3D формулы. 2D представляют собой
отражение структуры вещества на плоскости (скелетная формула - попытки приблизить 3D на
2D-плоскости). 3D - пространственные модели – позволяют представлять состав близко к
теоретическим моделям строения, зачастую (не всегда) - истинное взаимное расположение
атомов, угол связи и расстояния между атомами. Примеры, Этанол:
• Простейшая формула С2Н6О
• Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: С2Н6О
• Рациональная формула: С2Н5ОН
• Рациональная формула в полуразвернутом виде: СН3СН2ОН
• Структурная формула (2D):
Н Н
│ │
Н—С—С—О—Н
│ │
Н Н
2. Атом
Атом - это электрически нейтральная и химически неделимая частица вещества, состоящая из
положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.
В 1808 - Джон Дальтон - атомная теория:
1) элементы - вещества, состоящие из атомов
2) атомы подобных элементов постоянны, атомы разных элементов отличаются весом, размером и
другими особенностями
3) при химических реакциях атомы соединяются, делятся, но не могут исчезать или появляться
новые
4) соединение атомов 2х или более элементов - новое вещество
5) молекулы возникают соединением атомов
Электрон - Джозеф Джон Томсон - 1897, протон - Эрнест Резерфорд - 1918, нейрон -Джеймсон
Чадвик - 1932.
Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки. Число протонов в ядре равно числу
электронов в электронном облаке = порядковому номеру, атом в целом – нейтральная частица,
не несущая заряда, может потерять один и больше электронов и наоборот – захватить чужие
электроны, приобретая положительный или отрицательный заряд – ставится ионом.
Масса атома сосредоточена в его ядре, электрон - 1/1836 часть массы протона. Внешние размеры
атома – это размеры менее плотного электронного облака, примерно в 100 тысяч раз больше
диаметра ядра.
Изотопы — разновидности атомов (и ядер) химического элемента, имеют одинаковый порядковый
номер, но при этом разные массовые числа (атом водорода может иметь как 0, так и 2 нейтрона).
Атомное ядро — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса, заряд ядра
определяет химический элемент, к которому относят атом, состоит из положительно заряженных
протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного
взаимодействия. Их совокупность - нуклон (=относительной атомной массе). Строение атома можно
представить в виде, планетарной модели (Эрнест Резерфорд), представляет собой мини-солнечную
систему, в центре находится ядро (Солнце), вокруг вращаются электроны (планеты).
Электронная оболочка атома —пространство вероятного местонахождения электронов,
одинаковое значением главного квантового числа n и располагающихся на близких энергетических
уровнях. Порядок заполнения электронных оболочек (орбиталей с одинаковым значением
квантового n) - правило Клечковского, порядок заполнения электронами орбиталей в пределах
одного подуровня - правило Хунда.
Электронные оболочки - цифры от 1 до 7, подуровни оболочек - буквы s, p, d, f, g, h, i. Электроны
внешних оболочек обладают большей энергией и находятся дальше от ядра, что важно в анализе
поведения атома в химических реакциях и в роли проводника (связь с ядром слабее и легче
разрывается)
Орбиталь, где с 95% вероятностью находится электрон.
s-форма шара, каждый энергетический уровень в атоме начинается с нее (не более 2х электронов,
одной орбитали)
p-восьмерка, гантеля, на втором и последующих уровнях после одной s-орбитали (не более 6
элетронов, трех орбиталей)
d-бабочка (не более 10 электронов, пяти орбиталей)
f–сложная трехмерная форма (не более 14 электронов, семи орбиталей)
Орбиталь занимает не более двух электронов.
Квантовые числа определяют состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он
находится. Состояние электрона в атоме обозначают четырьмя квантовыми числами: главным,
орбитальным, магнитным (движение в пространстве) и спинового (вокруг собственной оси).
Электронная конфигурация формула расположения электронов по различным электронным
оболочкам атома. Записать такую формулу можно с помощью периодической систем.
Радиоактивность - способность атомного ядра распадаться с испусканием элементарных частиц или
ядер.Радиоактивность - А. Беккерель - 1896 - испускание солями урана лучей, обладающих высокой
проникающей способностью, далее открыли торий. 1898 - М. Склодовская-Кюри, П. Кюри - радий и
полоний, радиоактивные свойства - значительно сильнее. Работы Э. Резерфорда, Ф. Содди, К.
Фаянса и др.Радиоактивный распад ядра - при энергетической выгодности, сопровождается
выделением энергии. Основные виды:
• α-распад – испускание атомным ядром α-частицы; (альфа-распад)
• β-распад – испускание атомным ядром электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино,
поглощение ядром атомного электрона с испусканием нейтрино; (бэтта-распад)
• γ-распад – испускание атомным ядром γ-квантов; (гамма-распад)
• спонтанное деление – распад атомного ядра на два осколка сравнимой массы.
Изучение ее значительно для исследования структуры и свойств вещества. После открытия ее стали
превращать одних хим. элементы в другие, синтез ядер элементов, не существовавших на Земле,
расширило перспективы энергетики, привело к созданию ядерной энергетики, ядерного оружия;
нашла применение в сельхозе, медицине и т.д, однако возник целый ряд новых проблем, связанных с
предотвращением вредного воздействия излучения.
3. Электронная оболочка и периодическая система элементов
Элементарная частица - частица, не являющаяся атомным ядром или атомом (протон —
исключение), частицы, которые нельзя считать состоящими из других частиц при заданной энергии
воздействия/наблюдения, ими являются электроны (-) и позитроны (+) (античастицы электронов)
Волны - распространение колебаний в пространстве С понятием волны связаны механическая
модель атома. В настоящий момент существуют две модели атома: модель Бора (классическая) и
квантово-механическая.
1. Модель Бора
Электроны в атоме движутся по электронным орбитам - движение планет Солнечной системы. Как
планета движется по орбите, так и электрон вращается вокруг ядра атома. Каждая такая орбита для
электрона - "уровень энергии". Энергия электронов в атоме изменяется только скачкообразно,
электрон может перескакивать с орбиты на орбиту (но не занимать положение между),
энергетические состояния электронов в атоме квантованы.
Энергия электрона зависит от радиуса орбиты. Минимальная - электрон на ближайшей к ядру
орбите, при поглощении кванта энергии переходит на орбиту с более высокой энергией
(возбужденное состояние), а наоборот, с высокого энергетического уровня на низший - электрон
отдает (излучает) квант энергии. Разные энергетические уровни содержат разное количество
электронов: первый уровень - до 2 электронов; второй уровень - до 8 электронов…
Описать атомы со сложной структурой, такой моделью не представляется возможным, поэтому в 20х годах прошлого века распространилась квантово-механическая модель (КММ) атома.
2. Основа КММ - квантовая теория атома (электрон обладает свойствами частицы и волны
одновременно), т.е. о положении электрона в точке судят не точно, а с определенной долей
вероятности, поэтому в КММ орбиты орбиталями ("электронные облака" - пространство в котором
вероятно пребывает электрон). Состояние электрона в атоме описывают с помощью 4 чисел, которые
называют квантовыми. Квантовые числа определяют состояние электрона и тип орбитали, на
которой находится. Состояние электрона в атоме - четырех квантовых чисел: главного,
орбитального, магнитного и спинового. 1-3 - движение электрона в пространстве, а четвертое вокруг собственной оси.
1) Главное квантовое число-n, 1-7 (по номеру периода). Х-зует удаленность от ядра.
2) Орбитальное от 0 до n-1 Характризует тип форма электронного облака.
3) Магнитное, ориентация обитали в пространстве, от -l до +l, включая 0, х-зует пространственное
расположение орбитали
4) Спиновое - -0,5 либо +0,5, вероятность вращения электрона вокруг своей оси в двух
противоположенных направлениях. ms=+-1/2. “+” – по часовой стрелке, “-“ –. Вращение сообщает
электрону собственный магнитный момент, который называется спином электрона. электроны,
образовавшие электронную пару должны вращаться в разные стороны. (Закон Пауля)
Электронная оболочка атома —пространство вероятного нахождения электронов, имеет
одинаковое значение главного квантового числа n и располагается на близких энергетических
уровнях. Порядок заполнения электронных оболочек - правило Клечковского, порядок
заполнения в пределах одного подуровня - правило Хунда.
Электронные оболочки - цифры от 1 до 7, подуровни - буквы s, p, d, f, g, h, i. Электроны внешних
оболочек обладают большей энергией и находятся дальше от ядра, что важно в анализе поведения
атома в химических реакциях и в роли проводника (связь с ядром слабее и легче разрывается).
Орбиталь – место с 95% вероятностью нахождения электрона.
S - форма шара, каждый энергетический уровень в атоме начинается с нее (не более 2х электронов,
одной орбитали)
P - восьмерка, гантеля, на втором и последующих уровнях после одной s-орбитали (не более 6
элетронов, трех орбиталей)
D - бабочка (не более 10 электронов, пяти орбиталей)
f – сложная трехмерная форма (не более 14 электронов, семи орбиталей)
Орбиталь занимает не более двух электронов.
1) Периодический закон — фундаментальный закон природы, Д. И. Менделеевым – 1869 сопоставление свойств химических элементов и величин их атомных масс - имеет формулировку:
«свойства химических элементов, формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений
находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов».
2. Периодическая система - разделение хим. элементов на группы и периоды. По вертикали
располагаются по группам. Период - совокупность элементов, начинается щелочным металлом и
заканчивается инертным газом (особый случай - первый период). Периодическая система элементов
состоит из 18 групп и 7 периодов (седьмой пока не завершен).
Первый период содержит 2 элемента: водород и гелий.
Второй период - 8 элементов. Третий период также содержит 8 элементов, изменения элементов
аналогичны второму периоду. Первые три - малые периоды.
Четвёртый период содержит 18 элементов. Пятый период аналогичен четвёртому.
Шестой период включает 32 элемента. Седьмой период аналогичен шестому.
1) Металлы — группа элементов, простые вещества, обладающие металлическими свойствами,
высокие тепло- и электропроводность, высокая пластичность, металлический блеск и ковкость.
Внешний электронный уровень - небольшое количество электронов, большинстве реакций
выступают как восстановители. Расположены в Периодич. таблице слева от ступенчатой
диагональной линии, начинающейся с Бора и заканчивающейся полонием (исключение - германий и
сурьма), металлы - большая часть Периодической таблицы. Металлы подразделяют на переходные и
непереходные. Непереходных - 22. В переходных заполняются d - или f- электронные уровни. К dэлементам относятся 37 металлов, среди переходных металлов выделяют редкоземельные,
платиновые, трансурановые. Отдельно от основной таблицы – 14 лантаноидов и 14 актиноидов внутренние переходные металлы, электроны заполняют f-орбитали:
2) Неметаллы образуют в свободном виде вещества, не обладающие свойствами металлов. При
обычных условиях это газы, жидкости и твердые вещества. Свойства противоположны металлам:
плохие проводники тепла и электричества, хрупкие, нековкие, непластичные. Особенностью
является большее число электронов на внешнем энергетическом уровне, т.е. большая способность
присоединения доп. электронов, более высокая окислительная активность. У некоторых неметаллов
наблюдается аллотропия.
3) Полуметаллы расположены между металлами и неметаллами. По свойствам являются
неметаллами, но относятся к проводникам. Полуметаллы обладают электрической проводимостью
при абсолютном нуле температуры, с повышением температуры их проводимость возрастает. В
промышленности - производство полупроводников (микросхемы или микропроцессоры).
Валентные электроны находятся на внешней оболочке атома. Их количество определяет число
возможных химических соединений, которые атом может образовать. Возбужденные состояния,
энергетические состояния атомов и молекул и других квантовых систем - избыточная энергия.
Атомы и молекулы устойчивы лишь в некоторых стационарных состояниях с определенными
значениями энергии (наинизшая - основное, ост. – возбужденными). Изменение энергии при
переходе из одного в другое связано с изменением строения его электронной оболочки.В молекулах
при таком переходе меняется электронное состояние (движение) электронов относительно атомных
ядер), характер колебательных и вращательных движений, в которых участвуют сами ядра.
Ионизация —образование ионов из нейтральных атомов или молекул. Положительно заряженный
ион образуется, если электрон в молекуле получает достаточную энергию, равную ионизационному
потенциалу, для преодоления потенциального барьера, отрицательно - при захвате дополнительного
электрона атомом с высвобождением энергии.
Электроотрицательность — свойство атома, количественная характеристика способности
притягивать к себе электроны от атомов других элементов. Принадлежность элементов к металлам и
неметаллам определяется способностью их атомов отдавать/присоединять электроны при
химических реакциях. Наиболее сильными металлическими свойствами обладают те элементы,
атомы которых легко отдают электроны, при малой электроотрицательности (χ ≤ 1).
Неметаллические свойства выражены у элементов, атомы которых присоединяют электроны. В
каждом периоде Периодической системы электроотрицательность элементов увеличивается при
возрастании порядкового номера (слева направо), в каждой группе Периодической системы
электроотрицательность уменьшается при возрастании порядкового номера (сверху вниз). Элемент
фтор F обладает наивысшей, а элемент цезий Cs - наименьшей электроотрицательностью среди
элементов 1-6 периодов.
Скачать