Учение о составе вещества

Вопрос о том, из чего состоят вещества, почему они обладают разными свойствами и почему свойств так много, на разных этапах развития решался по-разному.

Отправной точкой решения этой проблемы стало формулирование Д.И. Менделеевым знаменитого Периодического закона:

• физические и химические свойства элементов, а также образованных ими простых и сложных веществ, состоят в периодической зависимости от их атомного веса.

В соответствии с периодическим законом, Менделеев разместил известные тогда 62 элемента в таблицу в порядке возрастания их атомного веса, которая получила название «периодическая система Менделеева».

В этой таблице ярко выявлена периодичность изменения свойств элементов с увеличением их сложности в каждом новом периоде. На основании выявленных общностей, Менделеев предсказал существование неизвестных элементов, оставив для них вакантные места в периодической таблице. Впоследствии эти элементы были открыты и свойства их оказались такими, какие предсказывал Менделеев. Сейчас известно 112 элементов и это не предел.

В 20 веке физика помогла установить сложную структуру атома любого химического элемента.

Сегодня атом это единая квантово-механическая система, состоящая их положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Ядро атома состоит из протонов (р), несущих положительный заряд (+ 1) и нейтронов (n), не имеющих заряда. Вокруг ядра по разрешенным орбитам движутся электроны (е)  частицы с зарядом  1.

Благодаря тому, что количество электронов равно количеству протонов, атом в целом электронейтрален.

Величина заряда ядра равна порядковому номеру элемента в периодической таблице.

Например, атом углерода

атомная масса 12

C заряд ядра +6 содержит (6 р, 6 n)

порядковый номер 6

Яра элементов могут содержать различное количество нейтронов, в результате чего, например, углерод имеет атомную массу не только 12 а.е.м.. Есть атомы углерода, обладающие массой 13 и 14 а.е.м.. Это так называемые изотопы (имеют одинаковый заряд ядра, но разное число протонов)

:

¹³С (6 р, 7 n) и ¹⁴С (6 р, 8 n)

В настоящее время, существующая ранее, проблема химического элемента решена: химическим элементом называют вид атомов с одинаковым зарядом ядра, то есть совокупность изотопов.

Причина периодичности свойств элементов заключается в том, что по мере возрастания числа электронов, окружающих ядро, наступает такая стадия, когда заканчивается заполнение данного электронного уровня и начинается заполнение следующего.

При этом элементы с одним, двумя, тремя и т.д. электронами в наружном слое, воспроизводят химические свойства элементов, имевших также один, два, три и т.д. электрона в предшествовавшем, глубинном слое.

Периодически меняются не только химические свойства элементов, но и многие их физические свойства, например, такие, как атомный объём, потенциал ионизации, коэффициенты объёмного сжатия и теплового расширения и другие.

Вопрос о том, что относится к химическим соединениям, а что к смесям также горячо обсуждался химиками.

Проблема химического соединения решалась с позиций атомно-молекулярного учения. В начале 19 века в результате многолетнего спора (1800  1844 гг.) французских химиков Жозефа Пруста и Клодом Бертолле, был сформулирован закон постоянства состава, согласно которому каждое химическое вещество независимо от способа его получения имеет постоянный качественный и количественный состав.

Например, каким бы способом не получали воду:

2Н₂ + О₂ = 2 Н₂О

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Формула воды всегда остается Н₂О.

Развитие химии в последующие годы привело к выводу о том, что наряду с соединениями постоянного состава (дальтонидами) существуют также соединения переменного состава (бертоллиды).

Например, количество кислорода, содержащееся в оксидах титана изменяется от TiO_0,7 до TiO_1,3.

Суть проблемы химического соединения, как оказалось, состоит не столько в постоянстве или непостоянстве химического состава, сколько в физической природе сил, которые объединяют атомы в молекулы.

Этими силами являются химические связи, которые обусловлены проявлением волновых свойств валентных (внешних) электронов, а именно перекрыванием электронных облаков валентных электронов.

В результате определения физической сущности химической связи определились понятия молекулы и химического соединения.

Молекулой называют наименьшую частицу вещества, обладающую его химическими свойствами.

Под химическим соединением понимают вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счёт химических связей объединены в молекулы, комплексы, монокристаллы или иные агрегаты.