ЧАСТЬ I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ГЛАВА 1. Важнейшие понятия и законы химии

§ 1.1. Основные понятия химии

Важнейшей частью современного естествознания является

химия - наука о веществах, их свойствах и превращениях их

друг в друга. Все вещества изучаются, классифицируются и

получают свое название.

Превращения одних веществ в другие принято называть химическими реакциями (процессами), которые отличают от

физических процессов; например, горение водорода в атмо¬

сфере кислорода, в результате которого образуется вода,

это химическая реакция, а плавление льда и переход его в

жидкую воду или испарение воды в результате кипения

это физические процессы.

Все химические вещества состоят из частиц; химические

превращения связывают прежде всего с такими частицами,

как атом, молекула, ядро, электрон, протон, нейтрон, атом-

ные и молекулярные ионы, радикалы. Долгое время было при¬

нято считать, что атом это наименьшая частица вещест¬

ва, хотя сегодня мы знаем, что каждый атом состоит из так

называемых элементарных частиц . В следующем разделе

будет показано, что свойства атома можно объяснить моде¬ лью, в соответствии с которой атом состоит из определенно¬ го числа протонов нейтронов п и электронов е.

Атом электронейтральная система взаимодействующих

элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного про¬

тонами и нейтронами) и электронов.

Хотя атомы образуются при взаимодействии всего лишь трех типов элементарных частиц, при их сочетании возника¬

ет большой набор разнообразных устойчивых или неустой¬ чивых (радиоактивных) систем.

8

Оказалось, что всю совокупность образовавшихся таким

образом атомов лепсо классифицировать всего лишь по од¬ ному параметру заряду ядра Z.

Определенный вид атомов, характеризующийся одинаковым

зарядом ядра, называется химическим элементом. Каждой элемент имеет свое название и свой символ, например аргон

Аг, медь Си и т.д.

Наименование и символы элементов химическая азбу¬

ка , позволяющая описать состав любого вещества хими¬

ческой формулой.

Следующей, более сложной после атома, частицей может

рассматриваться молекула.

Молекула это электронейтральная наименьшая совокуп¬

ность атомов, образующих определенную структуру посред¬

ством химических связей. Природа химических связей будет

рассмотрена в третьем разделе.

Молекулы могут содержать атомы только одного элемен¬

та; такие вещества называют простыми веществами. Напри¬

мер, молекула кислорода содержит два атома кислорода и

описывается формулой О2, молекула озона состоит из трех

брома ВГ2 и т.д.

В настоящее время известно 110 элементов, а число об¬

разуемых ими простых веществ около 400. Такое различие

объясняется способностью того или иного элемента существо¬

вать в виде различных простых веществ, отличающихся по

свойствам. Это явление получило название аллотропия. При¬

тическая; у фосфора белый, красный, черный.

Вещества, молекулы которых состоят из атомов разных элементов, связанных между собой постоянными

(стехиометрическими) соотношениями, называют сложнъши веществами или химическими соединениями. Известно более 10 миллионов соединений. Состав любого химического сое¬

динения является постоянным (см. закон постоянства соста¬

ва), например, вода Н2О, серная кислота H2SO4, глюкоза

СбН12Об и т.д.

9

Вещество, состоящее из нескольких соединений, не свя¬

занных между собой постоянными соотношениями, назы¬

вается смесью или раствором. Пример: морская вода смесь

воды и растворенных в ней солей. Содержание веществ в сме¬ си описывается с помощью безразмерных величин долей:

массовая долл со{к) = т(А)/(т(А) + w(B) +

мольная доля х(А) = v(A)/(v<A) + КВ) +...),

объемная доля (для газов) ср(А) = F(A)/(F(A) + F(B) + ...).

Химическая формула отражает состав (структуру) химиче¬

ского соединения или простого вещества. Существует

несколько типов химических формул, примеры которых

представлены в табл. 1.1.

Молекулярная формула указывает число атомов каждого элемента в молекуле. Молекулярная формула описывает

только вещества с молекулярным строением (газы, жидкости и некоторые твердые вещества). Состав веществ с атомной

или ионной структурой можно описать только эмпирической

формулой.

Эмпирическая (простейшая) формула указывает простей¬

шее соотношение между числом атомов разных элементов в

веществе.

Структурная (графическая) формула указывает порядок

соединения атомов в молекуле и число связей между атомами.

Наличие химических формул для всех веществ позволяет

изображать химические реакции посредством химических

уравнений.

Таблица 1.1. Химические формулы соединений

формул исходных веществ (реагентов) и продуктов реакции.

10