Билет №2. Атомно-молекулярная теория. Законы химического взаимодействия и их объяснение на основе атомео-молекулярного учения.

Представление о том, что вещество состоит из отдельных, очень малых частиц, - атомная гипотеза - возникло ещё в древней Греции. Однако создание научно обоснованного атомно-молекулярного учения стало возможным значительно позже - в 18-19 веках, когда физика стала базироваться на точном эксперименте. В химию количественные методы исследования были введены М. В. Ломоносовым во второй половине 18 века.

Основы атомно-молекулярного учения впервые были изложены Ломоносовым. В 1741 г. в одной из своих работ - "Элементы математической химии" - Ломоносов сформулировалважнейшие положения созданной им так называемой корпускулярной теории строения вещества.

За 200 с лишним лет, протекшие с того времени, когда жил и работал Ломоносов, его идеи о строении вещества прошли всесороннюю проверку, и их справедливость была полностью подтверждена. В настоящее время на атомно-молекулярной теории базируются все наши представления о строении материи, о свойствах веществ и о природе физических и химических явлений.

В основе атомно-молекулярной теории лежит принцип дискретности (прерывности строения) вещества: всякое вещество не является чем-то сплошным, а состоит из отдельных очень малых частиц. Различие между веществами обусловлено различием между их частицами; частицы одного вещества одинаковы, частицы различных веществ различны. При всех условиях частицы вещества находятся в движении; чем выше температура тела, тем интенсивнее это движение.

Для большенства веществ частицы представляют собой молекулы. Молекула - наименьшая чатица вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекулы в свою очередь состоят из атомов. Атом - это наименьшая частица элемента, обладающая его химическими свойствами. В состав молекулы может входить различное количество атомов. Так молекулы благородных газов одноатомны, молекулы таких веществ, как водород, азот, - двухатомны, воды - трёхатомны и т.д. Молекулы наиболее сложных веществ - высших белков и нуклеидовых кислот - построены из сотен тысяч атомов.

Не во всех случаях частицы, образующие вещество, представляют собой молекулы. Многие вещества в твёрдом и жидком состоянии имеют не молекулярную, а ионную структуру. Некоторые вещества имеют атомное строение.

Ломоносов создал при Академии наук химическую лабораторию. В ней он изучал протекание химических реакций, взвешивая исходные вещества и продукты реакции. При этом он установил закон сохранения массы: Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Ломоносов впервые сформулировал этот закон а 1748 году, а экспериментально подтвердил его на примере обжигания металлов в запаянных сосудах в 1756 году. Несколько позже в 1789 году закон сохранения массы был независимо от Ломоносова установлен французским химиком Лавуазье, который показал, что при химических реакциях сохраняется не только общая масса веществ, но и масса каждого из элементов, входящих в состав взаимодействующих веществ (не считая массы, увеличивающейся или уменьшающейся при изменении энергии веществ по формуле Эйнштейна, но она очень мала).

В результате установления закона сохранения массы с конца 18 века в химии прочно утвердились количественные методы исследования. Был изучен количественный состав многих веществ. При этом был установлен закон постоянства состава (1801 г. Труст): соотношения между массами элементов, входящх в состав данного соединения, постоянны и не зависят от способа получения этого соединения.

Изучая различные соединения, Дальтон в 1803 году установил закон кратных отношений: Если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа. В отличие от закона сохранения массы законы постоянства состава и кратных отношений оказались не столь всеобщими. В связи с открытием изотопов выяснилось, что соотношение между массами элементов, входящих в состав данного вещества, постоянно лишь при условии постоянства изотопного состава этих элементов. А в начале 20-го века были открыты соединения переменного состава.

Измеряя объёмы газов, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции, французский учёный Гей-Люссак пришёл к обобщению, известному под названием закона простых объёмных отношений или "химического" закона Гей-Люссака: объёмы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу и к объёмам образующихся газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа. При этом предполагается, что все измерения объёмов были проведены при одной и той же температуре и при том же давлении.

В 1811 году итальянский физик Авогадро объяснил простые отношения между объёмами газов, наблюдающиеся при химических реакциях, установив закон: В равных объёмах любых газов, взятых при одной и той же температуре и при одинаковом давлении, содержится одно и то же число молекул. Согласно закону Авогадро, при определённых температуре и давлении 1 моль любого вещества в газообразном состоянии один и тот же объём.

Из закона постоянства состава следует, что элементы соединяются друг с другом в строго определённых количественных соотношениях. Поэтому в химию были введены понятия эквивалента и эквивалентной массы. В настоящее время эквивалентом элемента называют такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Масса 1 эквивалента называется его эквивалентной массой. Понятие эквивалента и эквивалентной массы распространяется и на сложные вещества. Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или вообще с одним эквивалентом любого другого вещества.

Введение в химию этих понятий позволило сформулировать закон, называемый законом эквивалентов (Рихтер): вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам или массы (объёмы) реагирующих друг с другом веществ пропорциональны их эквивалентным массам (объёмам).

Билет №3.