Химия: основни понятия, определения, термини и закони

Химията, чиито основни понятия ще разгледаме, е наука, която изучава веществата и техните трансформации, които се проявяват при промяна в структурата и състава и поради това, свойствата. На първо място, е необходимо да се определи какво означава терминът "вещество". Говорейки за това в широк смисъл, това е форма на материя, която има много почивка. Вещество е всяка елементарна частица, например неутрон. В химията тази концепция се използва в по-тесен смисъл.

Първо, накратко описваме основните термини и концепции на химията, атомната молекулярна теория. След това ще ги обясним и ще очертаем някои важни закони на тази наука.

Основните понятия за химията (материя, атом, молекула) са познати на всеки от нас от училище. По-долу има кратко описание на тях, както и други, по-малко очевидни термини и феномени.

атома

На първо място, всички вещества, които се изучават в химията, се състоят от малки частици, наречени атоми. Неутроните не са обект на изследване на тази наука. Също така трябва да се каже, че атомите могат да бъдат свързани помежду си, което води до образуване на химически връзки. За да се прекъсне тази връзка, е необходима енергия. Следователно атомите в обикновени условия не съществуват сами по себе си (с изключение на "благородни газове"). Те се свързват помежду си поне по двойки.

Непрекъснато термично движение

Непрекъснатото термично движение характеризира всички частици, които преподават в областта на химията. Основните понятия на тази наука не могат да бъдат изяснени без да се говори за това. При непрекъснато движение средната кинетична енергия на частиците е пропорционална на температурата (но трябва да се отбележи, че енергиите на отделните частици са различни). Ekkin = kT / 2, където k е константата на Boltzmann. Тази формула е валидна за всякакъв вид движение. Тъй като Ekin = mV 2/2, движението на масивните частици е по-бавно. Например, ако температурата е една и съща, кислородните молекули се движат средно 4 пъти по-бавно от въглеродните молекули. Това е така, защото тяхната маса е повече от 16 пъти. Движението е вибрационно, транслационно и ротационно. Вибрационните се наблюдават в течност, в твърдо вещество и в газообразни вещества. Но транслацията и въртенето се постигат най-лесно в газовете. В течностите е по-трудно, а в твърдите вещества е още по-трудно.

молекули

Да продължим да описваме основните понятия и определения на химията. Ако атомите се комбинират, за да образуват малки групи (те се наричат молекули), такива групи участват в топлинното движение, действайки като цяло. В типичните молекули присъстват до 100 атома, а техният брой в така наречените високомолекулни съединения може да достигне 105.

Немолекулни вещества

Атомите обаче често се комбинират в огромни колективи от 107 до 1 027. В тази форма те практически не участват в топлинното движение. Тези асоциации са малко като молекули. Те са по-скоро като парчета твърдо тяло. Тези вещества обикновено се наричат немолекулярни. В този случай термичното движение се извършва вътре в парчето и той не лети като молекула. Съществува и преходна област с размери, в която са включени съединения, състоящи се от атоми в количество от 105 до 107. Тези частици са или много големи молекули, или представляват малки частици прах.

йони

Трябва да се отбележи, че атомите и техните групи могат да имат електрически заряд. В този случай те се наричат йони в такава наука като химията, основните понятия, за които изучаваме. Тъй като таксите винаги се отблъскват, веществото, където има значителен излишък от определени такси, не може да бъде стабилно. Отрицателните и позитивните такси в пространството винаги се редуват. И веществото като цяло остава електрически неутрално. Отбелязваме, че таксите, които се считат за големи в електростатиката, са незначителни от гледна точка на химията (с 105-1015 атома - т.е.).

Обекти в областта на химията

Трябва да се изясни, че предметите на изследване в химия са онези явления, в които атомите не възникват и не се разграждат, а се прегрупират, т.е. те се събират по нов начин. Някои връзки са счупени, което води до образуването на други. С други думи, нови вещества се явяват от атоми, които са били в състава на първоначалните вещества. Ако атомите и връзките, които съществуват между тях, се запазват (например по време на изпарението на молекулните вещества), тогава тези процеси са част от изследването на молекулярната физика, а не на химията. В случая, когато атомите се образуват или унищожават, става дума за темите за изучаване на ядрена или атомна физика. Въпреки това, границата между химически и физически явления е неясна. В края на краищата разделението на отделни науки е условно, докато природата е неделима. Ето защо химиците са много полезни знания по физика.

Основните понятия за химията бяха описани накратко от нас. Сега ви предлагаме да ги разгледате по-подробно.

Повече за атомите

Атомите и молекулите са това, което много хора свързват с химията. Основните понятия трябва да бъдат ясно определени. Фактът, че атомите съществуват преди две хиляди години, беше блестящо познат. Тогава, още през 19 век, учените разполагали с експериментални данни (все още непреки). Говорим за многобройните отношения на Авогадро, за законите на постоянството на състава (по-долу ще разгледаме тези основни понятия за химия). Атомът продължава да бъде изследван през 20-ти век, когато възникват много директни експериментални доказателства. Те се основават на данните от спектроскопията, от разсейването на рентгенови лъчи, алфа частици, неутрони, електрони и др. Размерът на тези частици е около 1 Е = 1 - ¹⁰ м. Теглото им е около ^10-27-10 - ²⁵ кг. В центъра на тези частици е положително зареденото ядро, около което се движат електрони с отрицателен заряд. Размерът на ядрото е около 10-15 м. Оказва се, че електронната обвивка определя размера на атома, но масата му е почти напълно концентрирана в ядрото. Трябва да се въведе друго определение, като се имат предвид основните понятия за химията. Химическият елемент е видът на атомите, чийто заряд е същият.

Често има определение за атом като най-малката частица от материята, химически неделима. Как да разберем "химически"? Както вече отбелязахме, разделянето на явленията на физически и химически условия. Но съществуването на атоми е безусловно. Следователно, химията се дефинира по-добре чрез тях, а не обратно, атоми чрез химията.

Химическо свързване

Ето защо атомите се държат заедно. Тя не им позволява да се разпръснат под въздействието на топлинното движение. Нека да отбележим основните характеристики на връзките - това е вътрешно ядрото разстояние и енергия. Това са и основните понятия за химията. Дължината на връзката се определя експериментално с достатъчно висока точност. Енергия - също, но не винаги. Например, невъзможно е обективно да се определи какво е по отношение на единична връзка в сложна молекула. Въпреки това винаги се определя енергията на пулверизирането на материята, която е необходима за разрушаване на всички налични връзки. Познавайки дължината на връзката, е възможно да се определи кои атоми са свързани (те са на кратко разстояние) и кои не са (на голямо разстояние).

Координационен номер и координация

Основните понятия за аналитична химия включват тези два термина. Какво означават те? Нека да го разберем.

Координационният номер е броят на най-близките съседи на определен атом. С други думи, това е броят на хората, с които е химически обвързан. Координацията е относителната позиция, вид и брой съседи. С други думи, това понятие е по-смислено. Например координационният номер на азота, присъщ на молекулите амоняк и азотна киселина, е еднакъв - 3. Но тяхната координация е различна - непланарна и плоска. Тя се определя независимо от понятието за естеството на връзката, докато степента на окисляване и валентност са условни понятия, които се създават, за да се предскаже координацията и състава предварително.

Определяне на молекула

Вече се докоснахме до тази концепция, като разгледахме за кратко основните понятия и закони на химия. Сега нека разгледаме по-подробно. В учебници често има определение на молекула като най-малката неутрална частица на вещество, което притежава своите химични свойства и също така може да съществува самостоятелно. Трябва да се отбележи, че това определение вече е остаряло. Първо, това, което всички физици и химици наричат молекула, свойствата на материята не се запазват. Водата се дисоциира, но това изисква минимум 2 молекули. Степента на дисоциация на водата е ^10-7 . С други думи, само една молекула от 10 милиона може да бъде подложена на този процес. Ако имате една молекула или има дори сто, не можете да получите представа за нейната дисоциация. Факт е, че топлинните ефекти на реакциите в химията обикновено включват енергията на взаимодействие между молекулите. Следователно, те не могат да бъдат намерени от един от тях. Както химическите, така и физичните свойства на молекулното вещество могат да бъдат определени само от голяма група молекули. Освен това съществуват вещества, в които "най-малката" частица, способна да съществува независимо, е смътно голяма и много различна от обичайните молекули. Молекулата всъщност е група от атоми, която не е електрически заредена. В конкретния случай той може да бъде един атом, например, Ne. Тази група трябва да може да участва в разпространението, както и в други видове топлинни движения, действащи като цяло.

Както можете да видите, основните понятия за химия не са толкова прости. Молекулата е нещо, което трябва внимателно да се проучи. Той има своите свойства, както и неговата молекулна маса. Сега ще говорим за последното.

Молекулно тегло

Как да определите молекулното тегло от опита? Един начин - въз основа на закона на Авогадро, за относителната плътност на парата. Най-точният метод е мас спектрометричен. Електронът е изваден от молекулата. Полученият йон първо се ускорява в електрическо поле, след което се отхвърля с магнитна траектория. Съотношението на заряда към масата се определя точно от величината на отклонението. Съществуват и методи, базирани на свойствата, които имат решения. Въпреки това, във всички тези случаи молекулите задължително трябва да бъдат в движение - в разтвор, във вакуум, в газ. Ако те не се движат, е невъзможно обективно да се изчисли тяхната маса. И самото им съществуване в този случай е трудно да се открие.

Характеристики на немолекулните вещества

Говорейки за тях, те отбелязват, че те се състоят от атоми, а не молекули. Това обаче важи и за благородните газове. Тези атоми се движат свободно, затова е по-добре да ги разглеждаме като монатомични молекули. Това обаче не е най-важното нещо. По-важното е, че при немолекулните вещества има много атоми, които са свързани заедно. Трябва да се отбележи, че разделянето на всички вещества на немолекулярни и молекулярни е недостатъчно. Разделянето по свързаност е по-смислено. Помислете например за разликата в свойствата на графита и диаманта. И двете са въглерод, но първата е мека, а втората е трудна. Кои са те различни? Разликата се крие точно в тяхната съгласуваност. Ако разгледаме структурата на графита, ще видим, че има силни връзки само в две измерения. Но на трето място, междуатомните разстояния са много значими, поради което няма силна връзка. Графитът лесно преминава през тези слоеве.

Структура Свързване

В противен случай то се нарича пространствено измерение. Той представлява броя на пространствата, характеризиращи се с непрекъсната (почти безкрайна) система на скелет (силни връзки) в тях. Стойностите, които може да вземе са 0, 1, 2 и 3. Затова е необходимо да се разграничат триизмерно свързани, пластове, верижни и островни (молекулярни) структури.

Закон за постоянството на състава

Вече проучихме основните понятия за химията. Субстанцията се разглеждаше за кратко от нас. Сега нека поговорим за закона, който се отнася до него. Обикновено той се формулира, както следва: всяка отделна субстанция (т.е. чиста), независимо от това как тя е получена, има същия количествен и качествен състав. Но какво означава понятието "чиста субстанция"? Нека да го разберем.

Преди две хиляди години, когато структурата на веществата все още не можеше да се изучава с преки методи, дори когато дори основните химически концепции и закони на химия, които сме свикнали, дори не съществуват, тя се дефинира описателно. Например, водата е течност, която формира основата на моретата и реките. Няма мирис, цвят, вкус. Той има такива температури на замръзване и топене, медният сулфат става синьо от него . Солената морска вода е, защото не е чиста. Солите обаче могат да бъдат отделени чрез дестилация. Приблизително основните химически концепции и закони на химията са дефинирани чрез описателен метод.

За учените по онова време не беше очевидно, че течността, която е изолирана по различен начин (изгаряне на водород, дехидратиране на витрила, дестилиране на морска вода), има същия състав. Голямо откритие в науката беше доказателство за този факт. Стана ясно, че съотношението на кислорода и водорода не може да се промени плавно. Това означава, че елементите се състоят от атоми - неделими части. Така че формулите на веществата са получени, а също и представителството на учените за молекулите е оправдано.

В наше време всяко вещество, изрично или имплицитно, се определя главно от формула, а не от точка на топене, вкус или цвят. Вода - H ₂ O. Ако има други молекули, тя вече няма да бъде чиста. Следователно, чистото молекулно вещество е едно, което се състои от молекули само на един вид.

Как обаче в този случай трябва да има електролити? В крайна сметка те съдържат йони, а не само молекули. Необходимо е по-строго определение. Чисто молекулярно вещество е едно, което се състои от молекули от един вид и евентуално също продукти с тяхната обратима бърза трансформация (изомеризация, свързване, дисоциация). Думата "бърз" в този контекст означава, че не можем да се отървем от тези продукти, те незабавно се появяват отново. Думата "обратима" показва, че трансформацията не е пълна. Ако е така, тогава е по-добре да се каже, че е нестабилна. В този случай тя не е чисто вещество.

Законът за опазване на масата на материята

От най-ранните времена този закон е бил известен в метафорична форма. Той каза, че веществото е несигурно и неразрушимо. След това дойде количествената му формулировка. Според нея теглото (и от края на 17-ти век - масата) е мярка за размера на материята.

Този закон, който е обичаен за нас, беше открит през 1748 г. от Ломоносов. През 1789 той е допълнен от А. Лавоазие, френски учен. Съвременната формулировка звучи така: масата на веществата, които влизат в химическа реакция, се равнява на масата на веществата, които произтичат от нея.

Законът на Авогадро, законът за обема на газовите връзки

Последният от тях е формулиран през 1808 г. от френския учен JL Gay-Lussac. Понастоящем този закон се нарича закон на Гей-Лусак. Според него обемите на реагиращите газове се отнасят един към друг, а също и към обемите на газообразните продукти, получени като малки числа.

Законът, разкрит от Гей-Лусак, обяснява закона, открит малко по-късно, през 1811 г. Амедео Авогадро, италиански учен. Той заявява, че при равностойни условия (налягане и температура) в газове, имащи едни и същи обеми, са налице същия брой молекули.

Две важни последствия произтичат от закона на Авогадро. Първото е, че при същите условия един мол от всеки газ заема равен обем. Обемът на който и да е от тях при нормални условия (температура 0 ° С, както и налягане 101,325 kPa) е 22,4 литра. Втората последица от този закон е следната: при еднакви условия съотношението на масите на газовете със същия обем е равно на съотношението на техните молни маси.

Има още един закон, който трябва да се споменава. Нека поговорим за това накратко.

Периодично право и таблица

ДИ Менделеев, въз основа на химическите свойства на елементите и атомната молекулярна теория, открива този закон. Това събитие е настъпило на 1 март 1869 г. Периодичният закон е един от най-важните по своята същност. Тя може да бъде формулирана както следва: свойствата на елементите и сложните и прости вещества, които те образуват, имат периодична зависимост от заряда на ядрата на техните атоми.

Периодичната таблица, създадена от Менделеев, се състои от седем периода и осем групи. Групите се наричат вертикални колони. Елементите във всяка от тях имат сходни физични и химични свойства. Групата от своя страна е разделена на подгрупи (основна и странична).

Хоризонталните редове на тази таблица се наричат периоди. Елементите, които се намират в тях, се различават, но те имат нещо общо - че последните им електрони се намират на същото енергийно ниво. В първия период има само два елемента. Той е водород H и хелий He. Осем елемента са налични във втория период. В четвъртия има вече 18. Менделеев отбеляза този период като първият голям. В петия има и 18 елемента, структурата му е подобна на четвъртата. В шестия - 32 елемента. Седмият не е завършен. Този период започва с Франция (Fr). Можем да предположим, че ще съдържа 32 елемента, както и шестият. Досега обаче са открити само 24.

Правилото на доклада

Според правилото на теста, всички елементи са склонни да придобият електрона или да го загубят, за да имат 8-електронната конфигурация на благородния газ, който е най-близо до тях. Енергията на йонизацията е количеството енергия, което е необходимо за отделяне на електрона от атома. Правилото на постановлението гласи, че при преместване от ляво на дясно на периодична маса е необходимо повече енергия, за да се отдели електронът. Следователно елементите от лявата страна са склонни да губят електрона. Напротив, хората от дясната страна искат да го придобият.

За кратко бяха описани законите и основните понятия за химията. Разбира се, това е само обща информация. В рамките на една статия не е възможно да се разбере подробно за такава сериозна наука. Основните понятия и закони на химия, обобщени в тази статия, са само начална точка за по-нататъшно изследване. В крайна сметка има много раздели в тази наука. Налице е например органична и неорганична химия. Основните понятия за всяка от секторите на тази наука могат да бъдат изучавани за много дълго време. Но тези, които са представени по-горе, са свързани с общи въпроси. Ето защо можем да кажем, че това са основните понятия за органичната химия, както и неорганичната химия.