Госкомитет Российской Федерации по высшему образованию
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра общей и неорганической химии
О С Н О В Н Ы Е З А К О Н Ы Х И М И И
Методические указания по курсу общей химии
Нижний Новгород
1996
Составители: А.Л. Галкин, Т.В. Сазонтьева, Г.А. Паничева, О.Н. Ковалева
УДК 54(07)
Основные законы химии: Метод. указания по курсу общей химии/ НГТУ; Сост: А.Л. Галкин, Т.В. Сазонтьева, Г.А. Паничева, О.Н. Ковалева. Н. Новгород, 1996. 15 с.
Методические указания для практических занятий по теме: “Основные термины, понятия и законы химии” включают примеры решения типовых задач, задания для текущего контроля знаний и описание лабораторных работ по данной теме.
Научный редактор Ю.М. Тюрин
Редактор И.И. Морозова
Подп. к печ. 03.06.96. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетн. Печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 1000 экз. Заказ 211. Бесплатно.
Типография НГТУ
603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24
© Нижегородский государственный технический университет, 1996
Химия – это одна из естественных наук. Она имеет дело со свойствами веществ в зависимости от их состава, строения и внешних условий. Изучение химии – это изучение законов, управляющих превращением веществ друг в друга. Химические реакции сводятся к взаимодействию электронных оболочек атомов или ионов, в результате чего образуются химические связи, что приводит к исчезновению одних веществ и появлению других. Результатом химической реакции может быть изменение состава, структуры или заряда частиц, участвующих в реакции, при этом химическая природа атомов не изменяется:
В химии принято выделять три основных типа реакций:
1. Реакции обмена. Происходит изменение состава молекул за счет обмена ионами:
BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl,
2. Окислительно – восстановительные реакции. Изменяются степени окисления частиц за счет перехода электронов от восстановителя к окислителю:
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu,
3. Реакции изомеризации. Происходит изменение структуры молекул, в результате чего у вещества появляются новые физические свойства:
CH2=CH–CH2–CH3 = CH3–CH=CH-CH3.
Основные термины и понятия
Современные теоретические представления в химии базируются на атомно – молекулярном учении, в рамках которого вводятся некоторые понятия и величины.
АТОМ – наиболее простая электрически нейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и совокупности отрицательно заряженных электронов, сохраняющая свойства химического элемента.
ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ – это совокупность атомов, имеющих одинаковый заряд ядра. Именно заряд ядра определяет положение химического элемента в периодической системе элементов и равняется его порядковому номеру.
МОЛЕКУЛА – это наименьшая электронейтральная частица вещества, обладающая его химическими свойствами и способная к самостоятельному существованию (H2O, HCN, CH4).
ИОН – это заряженная частица, представляющая собой атом или группу химически связанных между собой атомов с избытком (SO42-, Cl-, ClO4-) или недостатком (Na+, Ca2+, NH4+) электронов. Первые называются анионами, а вторые – катионами.
СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ – это частицы, содержащие ненасыщенные ковалентные связи (-CH3, -NH2, -H).
Сила, с которой два атома удерживаются вместе в составе молекулы определяет прочность химической связи, а энергия, необходимая для ее разрыва, называется энергией химической связи. Ее величина колеблется от 80 до 800 кДж/моль.
ХИМИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА – это символическая запись, характеризующая качественный и количественный состав химического соединения и отражающая количественные соотношения между атомами различных элементов, образующих частицу. Химическая формула достоверно отражает состав веществ, у которой преобладает ковалентная связь (H2, Cl2, H2O). Для веществ с ионной и металлической связями количественные соотношения между атомами в формуле носят усредненный характер и не отражают реального состава.
Массу атомов выражают в атомных единицах массы (а.е.м.). А.е.м. определяется как 1/12 часть массы атома углерода, в ядре которого содержится 6 протонов и 6 нейтронов. 1 а.е.м. = 1,67.10-27 кг. В 1 грамме содержится 6, 022.1023 а.е.м. Условно можно считать массы протона и нейтрона одинаковыми и равными (приблизительно) 1 а.е.м. В химии чаще пользуются относительными атомными массами химических элементов (Ar). Это отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы изотопа углерода 12С. Относительная атомная масса является величиной безразмерной.
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА (Mr) – это отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома изотопа углерода 12С. Поскольку химические формулы чаще всего отражают лишь формальный состав соединения, то правильнее говорить о ФОРМУЛЬНОЙ МАССЕ ВЕЩЕСТВА, понимая под ней сумму атомных масс всех элементов, входящих в соединение, с учетом числа атомов каждого элемента в формуле.
В химии за единицу количества вещества принят 1 моль.
МОЛЬ – это количество вещества, содержащее столько же структурных единиц (атомов, ионов, молекул, электронов), сколько атомов содержится в 12 граммах изотопа углерода 12С. Число атомов в 12 граммах углерода легко рассчитывается как отношение массы 1 моль к массе 1 атома углерода:
Na = 0,012 кг/моль / 1,993.10-26 кг = 6,022.1023 моль-1.
Это число является фундаментальной константой и называется постоянной Авогадро.
ПРИМЕР: 1 моль электронов содержит 6,022.1023 частиц, каждая из которых имеет заряд равный 1,602.10-19 Кл. Таким образом, заряд 1 моля электронов является константой и называется числом Фарадея
F = 6,022.1023 * 1,602.10-19 = 96472 Кл.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА (М) – масса 1 моля вещества. Она численно равна отношению массы вещества к количеству его молей (M = m/n) и измеряется в г/моль или кг/моль. Численное значение молярной массы, измеренное в г/моль совпадает по величине с молекулярной, атомной и формульной массой данного вещества. Например, относительные молекулярная и формульная массы молекулы серной кислоты (H2SO4) равны: 2*1 + 32 + 4*16 = 98, а ее молекулярная масса = 98 г/моль.