Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных масс атомов, содержащихся в нем 2 страница

поэтому закон сохранения массы в ядерных процессах нарушается. Однако, закон сохранения энергии остается справедливым и в этом случае, если учитывать энергию покоя.

В химических реакциях изменение массы, вызванное выделением или поглощением энергии, очень мало. Типичный тепловой эффект химической реакции по порядку величины равен 100 кДж/моль. Посчитаем, как при этом изменяется масса:

Δm = ΔЕ/с2 = 105/(3·108)2 ≈ 10−12 кг/моль = 10−9 г/моль.

Ясно, что такое малое изменение массы невозможно зарегистрировать экспериментально, поэтому можно утверждать, что в химических реакциях закон сохранения массы выполняется практически точно.

52. Магний, Magnesium, Mg (12)

В 1695 г. один из химиков, стремясь получить «философский камень», выпаривал воду, вытекавшую из недр земли близ города Эпсом (Англия). Он получил соль, обладающую... горьким вкусом и слабительным действием. Спустя пять лет было обнаружено, что соль Эпсома, взаимодействуя с «постоянной щелочью» (так почти до конца XVIII в. называли соду и поташ), образует рыхлый белый легкий порошок. За внешнее сходство с другим таким же легким и рыхлым порошком, который получался при прокаливании каменистой горной породы, находящейся близ греческого города Магнезии (в Восточной Фессалии), полученный порошок стали называть белой магнезией.

Есть основания полагать, что название могло произойти и от двух других городов древней Греции с теми же самыми «именами». Один из них – Магнезия в Лидии у подножья горы Сипеле. Другая Магнезия – в Ионии, известная как подарок персидского царя Артаксеркса афинскому государственному деятелю Фемистоклу. В окрестностях этих городов тоже встречалась порода, дававшая при обжиге белый порошок, получивший название магнезии.

В 1808 г. после того, как Дэви выделил металл, способный образовывать белую магнезию, этому металлу было присвоено «имя» магний.

Магний широко распространен в природе в виде разнообразных соединений, образующих минералы: магнезит, доломит, силикаты – оливин, авгит, асбест, тальк, морская пенка и др.

Магнезит образует мощные скопления, из доломита состоят целые горные хребты. Не меньшие количества соединений магния находятся в воде морей и океанов, где в пересчете на чистый магний его содержится не менее 60 000 000 000 000 000 т. Являясь биоэлементом, магний входит в состав живого вещества. Если в животных организмах количество магния не превышает сотых долей процента, то в растениях его уже значительно больше. Магний – необходимая составная часть красящего вещества растений – хлорофилла, играющего важную роль в процессах усвоения углекислоты.

Хлорофилл – одно из замечательных веществ в природе. Он поглощает солнечные лучи, за счет энергии которых в листе осуществляются сложные химические превращения. В результате этих превращений из углекислого газа (продукта дыхания человека, животных и растений, отброса фабрик и заводов) и воды в зеленых частях растений создаются сложные органические вещества (сахар, крахмал и др.). Эти вещества необходимы для питания человека и животных. Данное превращение есть единственный на нашей планете естественный процесс образования органических веществ. Вот что писал по этому поводу великий русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались – в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист... вне листа... в природе не существует лаборатории, где бы выделывалось органическое вещество. Без усвоения растениями углерода на земле не было бы жизни в том виде, в каком она есть сейчас». В этом заключается мировая, или, как говорил К.А. Тимирязев,

космическая, роль растений.

Процесс образования, или синтез органических веществ в листьях, называется фотосинтезом (от греческого слова «фотос» – свет). Фотосинтез сопровождается выделением из листьев кислорода и поглощением солнечных лучей, энергия которых закрепляется в виде скрытой энергии органических веществ в растении. Таким образом, с помощью хлорофилла растения осуществляют санитарную роль на Земле: очищают ее от углекислоты, жизнь в которой невозможна для животных и людей, и аккумулируют солнечное тепло. Просто схватить и спрятать луч Солнца невозможно, но с помощью растения, с помощью его зеленой ветки, зеленого листа можно не только извлечь углерод из воздуха, но и вместе с ним положить в запас и поглощенный хлорофиллом луч Солнца. В состав хлорофилла входит до 2% магния. Без магния нет хлорофилла, а без него не могла бы быть на Земле и жизнь. Такова роль магния.

Что же представляет собой магний? Магний – металл, серебристо-белого цвета, очень легкий (плотность 1,7), устойчивый на воздухе, так как быстро покрывается тонким слоем окиси, защищающим металл от дальнейшего окисления. Если магний поместить в пламя спички, он загорается и сгорает ярким пламенем с образованием густого белого дыма (окиси магния). При этом выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла. Теплом, выделяющимся при сгорании одного грамма магния, можно нагреть 100 г (полстакана) ледяной воды до 50°С.

Рисунок 101. Металлический магний в слитках

Рисунок 102.

Фотограф с магниевой вспышкой

Рисунок 103. Лекарственный препарат с магнием

Магний в минувшей войне использовался германской армией для изготовления зажигательных бомб и осветительных ракет. В фотографии при недостатке естественного освещения также используется магниевая вспышка.

Способность магния давать прочные и легкие сплавы используется в металлургии. Из технических сплавов нашли широкое применение в машиностроении сплавы магналий и

«электрон». Магналий – сплав 5–30% магния с алюминием. Этот сплав тверже алюминия, но легче обрабатывается и полируется. Под названием «электрон» понимают ряд сплавов магния с алюминием (до 10,6%), цинком (до 4,5%) и марганцем (до 1,7%). Иногда в состав этих сплавов вводят медь, бериллий, титан и др.; обладая прекрасными техническими свойствами,

«электрон» лишь немногим тяжелее (1,8) чистого магния.

§17. Уравнения химических реакций

Схема химической реакции

Для характеристики определенной химической реакции необходимо уметь составить запись, которая будет отображать условия протекания химической реакции, показывать какие вещества вступили в реакцию, а какие образовались. Для этого используют схемы химических реакций.

Рассмотрим в качестве примера реакцию взаимодействия угля и кислорода. Схема данной реакции записывается следующим образом:

С	+	О 2	®	СО 2.
уголь	взаимодействует	с кислородом	с образованием	углекислого газа

Углерод и кислород – в данной реакции реагенты, а полученный углекислый газ –

продукт реакции. Знак «®» обозначает протекание реакции. Часто над стрелкой пишут условия, при которых происходит реакция.

t° Р

Например, знак «→ » обозначает, что реакция протекает при нагревании. Знак «→ »

обозначает давление, а знак «→ » – что реакция протекает под действием света. Также над

стрелкой могут указывать дополнительные вещества, участвующие в реакции. Например,

О2

«→ ».

Если в результате химической реакции образуется газообразное вещество, то в схеме

реакции, после формулы этого вещества записывают знак «». Если при протекании реакции образуется осадок, его обозначают знаком «¯».

Например, при нагревании порошка мела (он содержит вещество с химической формулой CaCO3), образуются два вещества: негашеная известь СаО и углекислый газ. Схема реакции записывается так:

t°

СaCO 3 → CaO + CO 2 .

В тех случаях, когда и реагенты и продукты реакции, например, являются газами, знак

«» не ставят. Так, природный газ, в основном состоит из метана CH4, при его нагревании до 1500°С он превращается в два других газа: водород Н2 и ацетилен С2Н2. Схема реакции записывается так:

t°

CH 4 → C 2 H 2 + H 2.

Важно не только уметь составлять схемы химических реакций, но и понимать, что они

обозначают. Рассмотрим, еще одну схему реакции:

эл.ток

H 2 O → Н 2 + О 2 .

Данная схема означает, что под действием электрического тока, вода разлагается на два

простых газообразных вещества: водород и кислород.

Схема химической реакции является подтверждением закона сохранения массы и

показывает, что химические элементы во время химической реакции не исчезают, а только перегруппировываются в новые химические соединения.

Уравнения химических реакций

Согласно закону сохранения массы исходная масса продуктов всегда равна массе полученных реагентов. Количество атомов элементов до и после реакции всегда одинаковое, атомы только перегруппировываются и образуют новые вещества.

Вернемся к схемам реакций, записанным ранее:

t°

СaCO 3 → CaO + CO 2 ; С + О 2 ® СО 2.

В данных схемах реакций знак «®» можно заменить на знак «=», так как видно, что

количество атомов до и после реакций одинаковое. Записи будут иметь следующий вид:

СaCO 3 = CaO + CO 2 ; С + О 2 = СО 2.

Именно такие записи называют уравнениями химических реакций, то есть, это –

записи схем реакций, в которых количество атомов до и после реакции одинаковое.

Если мы рассмотрим другие, приведенные ранее схемы уравнений, можно заметить, что на первый взгляд, закон сохранения массы в них не выполняется:

t°

CH 4 → C 2 H 2 + H 2.

Видно, что в левой части схемы, атом углерода один, а в правой – их два. Атомов

водорода поровну и в левой и правой частях их по четыре. Превратим данную схему в уравнение. Для этого необходимо уравнять количество атомов углерода. Уравнивают химические реакции при помощи коэффициентов, которые записывают перед формулами веществ.

Очевидно, чтобы количество атомов углерода стало одинаковым слева и справа, в левой части схемы, перед формулой метана, необходимо поставить коэффициент 2:

t°

2CH 4 → C 2 H 2 + H 2.

Видно, что атомов углерода слева и справа теперь поровну, по два. Но теперь

неодинаково количество атомов водорода. В левой части уравнения их 2∙4 = 8. В правой части уравнения атомов водорода 4 (два из них в молекуле ацетилена, и еще два – в молекуле водорода). Если поставить коэффициент перед ацетиленом, нарушится равенство атомов углерода. Поставим перед молекулой водорода коэффициент 3:

2CH 4 = C 2 H 2 + 3H 2.

Теперь количество атомов углерода и водорода в обеих частях уравнения одинаковое.

Закон сохранения массы выполняется!

Рассмотрим другой пример. Схему реакции Na + H 2 O ® NaOH + H 2 необходимо превратить в уравнение.

В данной схеме различным является количество атомов водорода. В левой части два, а в правой – три атома. Поставим коэффициент 2 перед NaOH:

Na + H 2 O ® 2NaOH + H 2.

Тогда атомов водорода в правой части станет четыре, следовательно, коэффициент 2 необходимо добавить и перед формулой воды:

Na + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2.

Уравняем и количество атомов натрия:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2.

Теперь количество всех атомов до и после реакции одинаковое.

Таким образом, можно сделать вывод: чтобы превратить схему химической реакции в уравнение химической реакции, необходимо уравнять количество всех атомов, входящих в состав реагентов и продуктов реакции при помощи коэффициентов. Коэффициенты ставятся перед формулами веществ.

Подведем итоги

Вопросы, упражнения и задачи

В чем разница между схемой реакции и уравнением химической реакции?

Расставьте коэффициенты в следующих химических реакциях:

1.	Сa + O2 ® CaO	11.	Mg + HCl ® MgCl2 + H2
2.	Mg + N2 ® Mg3N2	12.	Al + HBr ® AlBr3 + H2
3.	Al + Cl2 ® AlCl3	13.	Li + H2O ® LiOH + H2
4.	N2 + H2 ® NH3	14.	NH3 + O2 ® N2 + H2O
5.	H2 + Br2 ® HBr	15.	Al + Fe2O3 ® Fe + Al2O3
6.	C + O2 ® CO	16.	Al(OH)3 ® Al2O3 + H2O
7.	SO2 + O2 ® SO3	17.	Cu(NO3)2 ® CuO + NO2 + O2
8.	NaNO3 ® NaNO2 + O2	18.	C2H4 + O2 ® CO2 + H2O
9.	Al2О3 + HI ® AlI3 + H2О	19.	CO + O2 ® CO2
10.	NH3 + O2 ® NO + H2O	20.	P + O2 ® P2O5