Одеса ОНАХТ 2010

ОСНОВИ

ЗАГАЛЬНОЇ

ХІМІЇ

Міністерство освіти та науки України

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

О.Д.Андріянов, Л.І.Короленко, І.О.Кузнєцова,

В.П.Петросян, К.А.Янченко,

ОСНОВИ ЗАГАЛЬНОЇ ХІМІЇ

Методичний посібник “Основи загальної хімії” для бакалаврів спеціальностей 6.091700 та 6.070800 денної та заочної форм навчання. /Уклад: О.Д.Андріянов, Л.І.Короленко, І.О.Кузнєцова та інші – за ред. Андріянова О.Д. – Одеса: 2010 – 165 с.

За редакцією доц. Андріянова О.Д.

Навчальний посібник

Рекомендовано вченою радою ОНАХТ

Протокол № _____ від "___" ________

УДК 541(075.8)

Рецензенти

Сейфулліна І.Й., доктор хімічних наук, професор Одеського національнного університету ім. І.І.Мечникова

Гуляєнко О.Б., кандидат. хімічних наук, Одеського національнного політехнічного університету

Пожарицький О.Ф., кандидат. хімічних наук, доцент Одеського державного аграрного університету

Андріянов О.Д., Короленко Л.І., Кузнєцова І.О., Петросян В.П., Янченко К.А. “Основи загальної хімії”. Навчальний посібник, Одеса, ОНАХТ, 2010. – 170 с.

Даний навчальний посібник призначений для студентів технологічних вузів. У ньому викладено основні закони та поняття хімії, розглянуто класи неорґанічних сполук, будову атома и періодична система елементів, хімічний зв'язок, елементи хімічної термодинаміки та хімічної кінетики, хімічну рівновагу та каталіз, розчини електролітів и неелектролітів, будову та властивості комплексних сполук, окисно-відновні та електрохімічні процеси. Навчальний посібник містить інформаційно-довідковий матеріал (додатки), список рекомендованої літератури, авторський та предметний покажчики.

ВСТУП

Курс “Неорґанічна хімія” – базовий курс хімічної підготовки для інженерів-техолоґів. Вивчення цього предмету повинно забезпечити розширення загальної ерудиції студентів технолоґічних спеціальностей, створити підґрунтя для вивчення наступних хімічних і технолоґічних дисциплін. Цей посібник дозволить студентам напрямку підготовки харчова технолоґія та інженерія 7.091700, а також студентам фаху 7.091801 – еколоґія харчових виробництв набути фундаментальних знань із загальної та неорґанічної хімії глибше зрозуміти процеси, що відбуваються у природі та техніці, закони розвитку та руху хімічного рівня матеріального світу. Знання неорґанічної хімії необхідне для повноцінної творчої діяльності інженерів зазначених фахів. Даний посібник охоплює лише першу частину усього курсу “Неорґанічна хімія” – основні питання загальної хімії. Посібник складено на основі матеріалів лекцій і практичних завдань для самостійної роботи, що проводиться зі студентами Одеської національної академії харчових технолоґій на І курсі та у підсумку вивчення новітнього матеріалу з питань загальної хімії викладачами кафедри хімії та безпеки харчових продуктів зазначеної академії. Посібник рекомендовано використовувати як допоміжний матеріал при вивченні згадуваного курсу, підготовки до колоквіумів, контрольних, залікових та екзаменаційних робіт.

ГЛАВА 1. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ЗАКОНИ ХІМІЇ

1.1. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ХІМІЇ

Основою хімічної науки є атомно-молекулярна теорія, закон збереження маси та енергії, періодичний закон і система хімічних елементів, теорія хімічної будови.

Створення атомно-молекулярної теорії належіть до кінця XVIII – початку XIX ст.( М.В. Ломоносов, Дж. Долтон). В основі теорії лежить принцип дискретності речовини. Теорія стверджує, що:

речовини складаються з молекул, які перебувають у постійному русі й між ними існує взаємне притягання та відштовхування;

молекули складаються з атомів, які мають певні розміри й масу і при хімічних реакціях не зазнають якісних змін;

молекули різних речовин відрізняються між собою складом, розмірами, фізичними та хімічними властивостями;

склад молекул при фізичних явищах залишається незмінним, при хімічних – зазнає якісних і кількісних змін.

Продовженням та розвитком атомно-молекулярного вчення Ломоносова – Долтона стала теорія хімічної будови Бутлерова (1861), яка пов’язувала хімічні властивості речовин не тільки з кількістю й якістю складових частинок (атомів), але й з їх взаємним розміщенням (хімічною будовою).

Атом –найдрібніша частинка хімічного елемента, що зберігає його хімічні властивості.

Сучасне формулювання: атом –ценайменша хімічно неподільнаелектронейтральна частинка, що складається з позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів і є носієм хімічних властивостей елемента. Взаємодіючи між собою, атоми можуть утворювати молекули, що характеризується новою сукупністю властивостей.

Молекула –найдрібніша частинка даної речовини, яка володіє усіма хімічними властивостями цієї речовини.

Хімічний елемент – вид атомів з однаковим зарядом ядра.

Проста речовина – речовина, утворена атомами одного елемента.

Складна речовина або хімічна сполука – речовина, утворена атомами різних елементів.

Атомна одиниця маси (а.о.м.) являє собою 1/12 частину атомної маси атома карбону ¹²С.

Відносна атомна маса елемента (А_r) – маса одного атома елемента, виражена в атомних одиницях маси.

Відносна атомна маса елемента показує у скільки разів маса атома даного елемента більше 1/12 частини маси атома карбону ¹²С.

Відносна молекулярна маса речовини (М_r) – величина, що дорівнює відношенню середньої маси молекули природної речовини до 1/12 частини маси атома карбону ¹²С.

Відносна молекулярна маса речовини чисельно дорівнює сумі відносних атомних мас, що входять до складу молекули даної речовини. Відносна молекулярна маса показує у скільки разів маса молекули даної речовини більше 1/12 частини маси атома карбону ¹²С.

Моль – це кількість речовини, що містить стільки структурних одиниць (молекул, атомів, іонів, електронів, тощо), скільки атомів міститься в 0,012 кг ізотопу карбону ¹²С.

Число частинок у молі будь-якої речовини однакове та становить 6,02×10²³ моль^-1. Це число називається сталою Авогадро (N_A).

Молярна маса (М)– маса речовини, взятої у кількості 1 моль. Вона дорівнює відношенню маси речовини (m) до кількості речовини (n):

Розмірність молярної маси: кг/моль, г/моль. У загальному випадку молярна маса речовини виражається у г/моль та чисельно дорівнює її відносній молекулярній масі.

Основні закони хімії поділяються на дві катеґорії: це закони стехіометрії (закон збереження маси речовини, закон сталості складу речовин, закон кратних відношень, закон еквівалентів) та газові закони (закон об’ємних відношень Гей-Люсака, закон Бойля – Маріотта, закон Гей-Люсака, закон Авогадро, рівняння Менделєєва-Клапейрона).

1.2. ФУНДАМЕНТАЛЬНІ ТА СТЕХІОМЕТРИЧНІ ЗАКОНИ ХІМІЇ

1.2.1. ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ МАСИ РЕЧОВИНИ

Вираженням принципу незнищенності матерії та руху є закон збереження маси й енергії, суть якого зводиться до того, що сумарні маса та енергія речовин, які вступили в реакцію, завжди дорівнюють сумарним масі та енергії продуктів реакції. М.В. Ломоносов (1748), по суті сформулював загальний, універсальний закон природи.

1.2.2. ЗАКОН СТАЛОСТІ СКЛАДУ РЕЧОВИН

Будь-яка чиста речовина незалежно від способу її одержання завжди має сталий якісний та кількісний склад. Закон було відкрито у 1808 році Ж.Л.Прустом.

Розвиток хімії показав, що поряд із речовинами сталого складу, існують і речовини зі змінним складом. Перші названо долтонідами (на честь відомого англійського хіміка Дж. Долтона), а другі – бертолідами (на честь французького хіміка К. Бертоле). Склад долтонідів виражається простими хімічними формулами з цілочисельними стехіометричними індексами, наприклад: Н₂О, ВСl₃, С₆Н₁₂О₆. Склад бертолідів змінюється й у них не цілочисельні (дробні) стехіометричні індекси, Так, наприклад, оксид титану (ІІ) має склад від TiO_0,7 до TiO_1,3. У зв’язку з цим у сучасне формулювання закону слід внести уточнення: склад сполук із молекулярною будовою є сталим і не залежить від способу їх одержання. Склад сполук із не молекулярною будовою (атомною, йонною, металевою кристалічними решітками) залежить від умов одержання.

1.2.3. ЗАКОН КРАТНИХ ВІДНОШЕНЬ

При утворенні кількох хімічних сполук із двох елементів атом одного елемента може приєднати до себе тільки ціле число атомів іншого елемента.

Якщо два елементи утворюють між собою кілька сполук, то масові кількості одного елемента, що сполучаються з однією й тією ж масовою кількістю іншого елемента, відносяться між собою, як невеликі цілі числа (Долтон, 1803).

1.2.4. ЗАКОН ЕКВІВАЛЕНТІВ.

Хімічним еквівалентом елемента називається така його кількість, яка сполучається з 1 молем атомів гідроґену чи заміщує таку ж кількість атомів водню у хімічних реакціях. Величина еквіваленту виражається в молях.

Еквівалентна маса – маса одного еквіваленту елемента (речовини); одиниця вимірювання еквівалентної маси – г/моль (кг/моль).

Обчислити еквівалентну масу елемента у сполуці можна визначити з наступного співвідношення:

де А – молярна маса елемента, в – його валентність у сполуці.

Так еквівалентна маса кисню (в оксидах) дорівнює:

Е(О) = 16/2 = 8 г/моль.

Закон еквівалентів Речовини взаємодіють між собою у кількостях

пропорційних їхнім хімічним еквівалентам: m₁/m₂ = E₁/E₂.

де m₁ та m₂ – маси взаємодіючих речовин (г), Е₁таЕ₂– їхні еквівалентні маси (г/моль).

Еквівалентний об’єм (V_E) – об’єм, який займає за нормальних умов еквівалент речовини. Наприклад еквівалентний об’єм кисню дорівнює 5,6 л, а еквівалентний об’єм водню – 11,2 л. У тому випадку, якщо одна з речовин газ, математичний запис закону еквівалентів виглядає наступним чином:

m/V = E/V_E.

Еквівалентом складної речовини є така її кількість, яка у даній реакції взаємодіє з одним еквівалентом водню чи одним еквівалентом іншої речовини. Еквівалентною масою кислоти є її молярна маса поділена на її ж основність (точніше, кількість заміщених катіонів гідроґену у тій чи іншій реакції). Еквівалентною масою основи є молярна маса поділена на її кислотність (точніше, кількість аніонів гідроксилу, заміщених на кислотні залишки у тій чи іншій реакції). Еквівалентною масою солі дорівнює молярній масі, поділеній на сумарний заряд позитивних або негативних іонів формульної одиниці цієї солі.