Химические процессы и строение атома

ЛЕКЦИИ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

 

введение………………………………………………………… 3

1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ХИМИИ 3

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ 6

химические процессы …………………………………. 10

3. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ 10

4. ТЕРМОХИМИЯ 12

5. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА 16

6. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ 21

строение вещества ………………………………………. 27

7. ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ 27

8. МНОГОЭЛЕКТРОННЫЕ АТОМЫ 30

9. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН 32

10. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 34

 

введение

1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ХИМИИ

Наша первая задача - выяснить, какими вопросами занимается химия и зачем она нужна геологам.

Химия - это наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях.

Другими словами, химия изучает строение вещества на уровне атомов и свойства вещества, вызванные взаимодействием атомов.

 

Химическое вещество имеет определённый качественный и количественный состав, отражаемый его химической формулой. Примеры индивидуальных веществ: вода (H₂O), железо (Fe), сера (S₈), сахар (C₁₂H₂₂O₁₁), кислород (O₂).

Отличают: простые вещества - состоят из атомов только одного элемента (графит, сера, ртуть, железо); сложные вещества - состоят из атомов двух и более элементов (вода, поваренная соль, сахар, этиловый спирт).

Очень распространены смеси веществ. Один пример: воздух (азот N₂, кислород O₂ и понемногу других газов). Другой пример: минеральная вода (вода H₂O и растворённые в ней соли, обычно преобладают хлорид натрия NaCl и гидрокарбонат кальция Ca(HCO₃)₂).

Горные породы иногда состоят из одного вещества (минерала). Так, известняк состоит из карбоната кальция CaCO₃ (кальцита). Но чаще в состав породы входят несколько минералов: к примеру, гранит состоит из кварца, слюды и полевого шпата.

По какому признаку в смеси веществ можно провести границу между ними?

В химии обычно считают, что внутри одного вещества атомы прочно связаны друг с другом (иначе говорят - сильно взаимодействуют), а взаимодействие между атомами разных веществ намного слабее.

Итак, веществами в химии называют большие коллективы сильно взаимодействующих атомов.

Химической реакцией называют превращение одних веществ в другие. Другими словами, в ходе реакции происходит изменение состава веществ.

При этом некоторые связи между атомами разрываются, зато образуются новые связи. Например, карбид кальция взаимодействует с водой, превращаясь в гашёную известь и ацетилен:

CaC₂ + 2H₂O ® Ca(OH) ₂ + C₂H₂­.

Разрываются связи кальций–углерод (Ca-C) и образуются связи Ca-O и C-H.

Вы знаете, что химические реакции обнаруживаются по внешним признакам. Это может быть выпадение или растворение осадка, изменение цвета, выделение или поглощение газа, выделение или поглощение тепла.

Типы химических реакций:

1) соединение - два или более веществ соединяются в одно:

2Al + 3I₂ ® 2AlI₃; Fe + S ® FeS;

2) разложение - одно вещество распадается на два или более:

(NH₄)₂Cr₂O₇ ® Cr₂O₃ + 4H₂O + N₂; 2Hg(SCN)₂=2HgS+CS₂+C₃N₄

3) замещение - в сложном веществе один фрагмент заменяется другим:

CuSO₄ + Fe ® FeSO₄ + Cu; (CH₃COO)₂Pb + Zn ® (CH₃COO)₂Zn + Pb;

4) обмен - два сложных вещества обмениваются фрагментами:

2KI+Pb(NO₃)₂ ® 2KNO₃ + PbI₂¯.

Химия относится к естественным наукам, потому что изучает явления и объекты природы.

Как вы, вероятно, знаете, естественными науками являются также биология, геология, физика. Эти науки тесно переплетены и границы между ними отсутствуют. Наиболее общая из них - физика, она охватывает всю природу в разных масштабах времени и пространства.

Как видно из схемы, химию больше всего интересует вещество на атомном уровне: она изучает образование, разрыв и свойства химической связи между атомами.

Химия имеет длительную историю, она развивалась вместе с другими областями творчества людей. Элементы химических знаний были, например, уже у древних египтян (4-5 тысяч лет назад). Они умели выплавлять металлы, изготовлять керамические изделия и краски, сохранившиеся до нашего времени.

Современная химия как особая наука стала формироваться в 17 веке. В это время она стала отделяться от физики и минералогии. Можно считать, что к 18 веку наука о рудах и минералах породила и химию, и геологию.