Реферат: Атомно-молекулярное учение

Содержание:

Введение....................................................................................................... 3

1.ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОГО УЧЕНИЯ....... 4

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ..................................... 7

Список использованной литературы:...................................................... 15

Пер и од с 1200 по 1700 г. в истор и и химии принято называть алхимическим. Движущей силой алхимии в течение 5 веков являлся бесплодный поиск неко е го философского камня, превращающего бла ­ городные металлы в з олото. Однако, несмотря на всю абсурдность основной идеи, алхимия накопила богате й ший арсенал определен­ных знаний и практических приемов, поз в оляющих осуществлять многообразные химические превращения. В начале XVIII в. накоп­ленные знания приобретают практическую важность, что связано с началом интенсивного развития металлургии и с необходимостью объясни т ь сопутствующие процессы горения, окисления и восста­новления. Перенесение интересов в актуальную практическую сфе ­ ру человеческой деятельности позволило с тавить и решать задачи, приведшие к открытию основных законов химии, и способствовало становлению химии как науки.

Исключительное значение для развития химии имело атомно-молекулярное учение, колыбелью которого является Древняя Греция. Атомистика древнегреческих материалистов отделена от нас 25-ве-ковым периодом, однако логика греков поражает настолько, что философское учение о дискретном строении материи, развитое ими, невольно сливается в сознании с нашими сегодняшними представ­лениями.

Как же зародилась атомист и ка? Осно в ным научным методом древнегреческих философов явля ­ лись д и скуссия, спор. Для поиска “первопричин ” в спорах обсуж­дались многие л о гические задачи, одной из которых яв лялась задача о камне: ч т о произойдет если начать его дробить? Большинство философов считало, что этот про ц есс мож н о продолжать бесконечн ы . И только Л евки п (500—440 до н. э.) и его школа утверждали, что этот процесс не бесконечен: при дроблении в конце концо в получится такая частица, дальнейшее деление которой будет прост о невозможно. Основы в аясь на этой концепции, Ле вки пп утвер­ждал: материальный мир дискретен, он состоит из мельчайших частиц и пустоты.

Уч еник Левкиппа Демокрит (460—370 до н. э.) назвал мельчайшие частицы “н е делимые”, что по-гречески значит “ато м”. Это название мы и с п ользу е м и сегодня. Демокрит, развил новое учение — “атомистику”, приписал атомам такие “современные” свойства, как размер и форму, способность к движению.

Последователь Д е мокрита Эпикур (342—270 до н. э.) придал древнегр е ческой атомистике за в ерше н ность, предположив, что у атомов существует внутренний источ н ик дв и жения и он и сами способны взаимодейст в овать друг с другом.

Все полож е ния древнегреческой атомистики в ыглядят удивитель­но современно, и нам они, е с т е ственно, понятны. Ведь любой из нас, ссылаясь на опыт науки, может описат ь множество интересных экспериментов , подтверждающих спра в едливость любой из выдвинутых концепций. Но со в ершенно непонятны они были 20 --2 5 веко в назад, поскольку никаких экспериментальных до к азательств, под ­ тверждающ и х справедливость своих идей, др ев негречески е атомисты представить не могли.

Итак, хотя атомист и ка древних греков и выглядит уд ив ительно современно, ни одно из ее положе н ий в то время не было дока ­ зано. Следовательно” атомистика, развитая Л ев к и п п о м, Демокритом и Э п и кур о м, была и о стается просто догадкой, с мелым предположением, философской концепцией, но подкрепленно й прак­тикой. Это привело к тому, что одна из гениальных догадок чело ­ веческого разума постепенно была предана забвению .

Были и другие причины, из-за которых учение атомистов было надолго забыто. К сожалению, атомисты не оставили после себя систематических трудов, а отдельные записи с поров и дискуссий, которые были сделаны, лишь с трудом позволяли составить п равиль­ное представление об учен и и в целом. Главное же заключается е том, что многие концепции атомистики были еретичны и официаль­ная церков ь не могла их поддерживать.

Об учении атомистов не вспоминали почти 20 веков. И лишь в XVII в. идеи древнегреческих атомистов были возрождены благодаря работам  французского    философа    Пьера    Гассенди (1592—1655 гг.). Почти 20 лет он потратил ; чтобы восстановить и собрать воедино забытые концепции древнегреческих фило с офов, ко­торые он подроб н о изложил в с в оих трудах “С) жизни , нравах и учении Эпикура” и “Свод филос о фии Эпикура”. Эти дв е книги, в которых воззрения древнегреческ и х материали с тов впервые были изложены система т ически, стали “учебником” для европ е йских уче ­н ых и философов. До этого единственным источником, да в авшим информацию о во з зрениях Д е м о к р и т а -а э п и к у р а, был а поэма рим с кого поэта Л у к р е ц и я “О природе вещей”.

История науки знает немало удивительн ы х совпадений. Вот одно и з них: возро ж д е ние древнегрече с кой ато м истики со в п ад ает по вре­ ме ни с установление м Р. Бойлем (162 7 —1691 гг.) фундаментальной закономерности, описывающей изме нения объема газа от его давления. Ка чес т венное объяснение факто м, наблюдаемых Бой лем, может дать то л ько атомистика: если газ им е ет дискретн о е строение, т. е. состоит и з атомов и пус т оты , то легкость ег о сжатия обусловлена с ближением атомов в результате уменьшения свободного пространства м ежду ними.

Пер в ая робкая попытка приме н ения атомист и ки для объяснения кол и чественно наблюдаемых явлений природы позволяет сде ­ лать два очень важных вывода:

1. Превратившись из философской гипотезы в научную концепцию, атомистика может стать мощным инструментом, позволяю­щим давать единственно правильную трактовку самым разнообраз­ным явлениям природы.

2. Для скорейшего превращения атомистики из философской ги­потезы в научную концепцию доказательство существования атомов необходимо прежде всего искать при изучении газов, а не жидких и твердых веществ, которыми до этого занимались химики.

Однако пройдет еще около 100 лет, прежде чем химики вплот­ную займутся исследованием газов. Тогда-то и последует каскад открытий простых веществ: водород, кислород, азот, хлор. А не­сколько по з же газы помогут установить те законы, которые принято называть основными законами химии. Они и позволят сформули­ровать основные положения атомно-молекулярного учения.

Закон сохранения массы. Исключительное значение для химии имел о установление закона сохранения массы, являющегося след­ствием всеобщего естественного закона сохранения материи и дви­жения, сформулированного М.В.Ломоносовым (1711—1765 гг.) как всеобщий естественный закон в 1748 г. в письме к Д. Э йлер у: “Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому, ежели, где убудет несколько материи, то умножится в другом месте... Сей всеобщий закон простирается и в самые пра ­в ила движения; ибо тело , движущее своей силой другое, столько же он у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него дви ж ение получает” (Ломоносов М. В. Труды по физике и химии .— М., 1951.—Т. II .-" С. 188).

Это положение, высказанное в виде философской концепции. М. В. Ломоно с ов подтвердил экспериментально в 1756 г., повторив опыты Р. Б о и л я по прокали в анию металлов в запаянных стеклянных сосудах (ретортах). Рус с кий учен ы й уст а новил , что если сосуд , содержащий мет а лл, вз в есить до и после прокаливания, не вскрывая его, т о масса остается б е з изменени й . При нагревани и же металла во вскрытой реторте ма с са у в ел и чивается з а счет его соединен и я с воздухом, проникающим в сосуд.

Аналог и чных в ы воды на основе эксп е рименто м по прокаливан ию м еталлов сдела л в 1777 г. и А. Ла в уазье (174 3- -1794 гг.), который (после открыт и я и 1774 г. Д. Пристли кислорода) уже зн ал кач е ственный и количественны й соста в во з ду х а.

Например, оксид углерода (IV) можно получить по любой и з ука­занных ниже реакций:

С+О2=СО2; 2СО+02 = 2С02; СаСОз=С02 +С аО

В химически чистом образце этого ок с ида всегда содержится 27,29 % С и 72,71 % О. Отклонение от указанного состава свидетель­ствует о присутствии примесей. Утверждение, обратное закону о постоянстве состава веществ: каждому определенному составу отве­чает только одно химическое соединение, неверно. Действительно, диметиловый эфир и этиловый спирт имеют одинаковый химический состав — С2НбО, но отличаются друг от друга структурой молекул, т. е. порядком соединени я в них атомов (изомеры).

Закон эквивалентов. Химические элементы соединяются друг с другом в строго определенных количествах, соответствующих их эквивалентам (В. Рихтер, 1792—1794 гг.). Понятие эквивалента введено в химию для сопоставления соединительной способности раз­личных элементов. Эквивалентом химич е ского элемента называют такую его массу, которая соединяется с 1,008 ч. м. (части массы) во­дорода или 8 ч. м. кислорода или замещает эти массы в соедине­ниях*

Отметим, что один и тот же элемент может иметь не один, а не­сколько эквивалентов. Так, эквивалент углерода в оксиде углерода (IV) равен трем, а в оксиде углерода (II) — шести.

Понятие эквивалента можно распространить и на сложные соеди­нения типа кислот, солей и оснований.

Эквивалентом сложного соединения называют массу этого соеди­нения, содержащую эквивалент водорода (кислоты) или эквивалент металлической составной части (основания, соли).

В общем виде закон эквивалентов можно сформулировать следую­щим образом:

Во всех химических реакциях взаимодействие различных веществ друг с другом происходит в соответствии с их эквивалентами, неза­висимо от того, являются ли эти вещества простыми или сложными.

Закон кратных отношений. Если два элемента образуют друг с Другом несколько химических соединений, то на одну и ту же массу одного из них приходятс я такие массы другого, которые относятся между собой как простые целые числа (Д. Дальтон, 1803 г.).

^Д. Дальтон (1776—1844 гг.) в дальнейшем, используя откры­ т ый им закол кратных отношений, закон эквивалентов и закон посто­янства состава, создал новую версию атомистической теории, основан­ную на количественных соотношениях, возникающих при взаимодей­ствии между химическими элементами.

Нетрудно убедиться, что закон кратных отношений представляет собой дальнейшее развитие закона эквивалентов, основанное на пос­ ле довательном анализе рядов химических соединений, образующихся п ри взаимодействии друг с другом двух любых химических элемен­тов. В простейшем случае указанный ряд может состоять из двух соединений. Например, при взаимодействии углерода и кислорода: образуются два соединения: оксид углерода (II) и оксид углерода- (IV).

Доказательст в о постоянства состава для самых разнообразных химических соединении у же явля л о с ь само по себе свид е тель с твом в пользу дискретного стро е ния материи. Применение же закона постоянства состава для анализа любого из указанных рядов пока ­ зывает, что сущест в о в ание двух (или нескольких) соединений, обра­зующихся при взаимоде й ствии любой пары химичес к их элементо в , возможно лишь в том случае, когда состав соедин е ний будет отли­чаться один от другого на целые атомы. Естест в енно, что эти разл и ­чия в составе химических соединений ряда, впрочем, как и сами основные законы химии, справедливы лишь при услови и , что материя действительно состоит из мельчайших неделимых частиц.

Выдвигая новую версию атомист и ческой теории, опирающуюся н а основные химическ и е законы, и отдавая дань уважения древнегре­ческим философам-атомистам, Д. Дальтон сохранил предложен­ное ими название для мельчайших неделимых частиц материи — атом.

И наконец, использование закона постоянства состава и закона кратных отношений позволило Д. Дальтону установить значения относительных атомных масс элементов, принимая за единичную — массу атома водорода. Так, том Дальтона, обладающий конкретным материальным свой­ством — атомной массой, из отвлеченной модели превратил с я в конк­ретно е химическое понятие. С введением в химию понятия “атомная масса” наука переходит на более высокую ступень своего развития.

Вместе с тем атомистика Дальтона еще не свободна от недос­татков: в ней нет места молекулам, а существуют только “сложные атомы ”.

Закон объемных отношений и закон Авогадро. Объемы вступаю­щих в реакцию газов относятся друг к другу, а также к объему полу­чающихся газообразных продуктов как простые целые числа (Ж. Ге й-Л ю сса к, 1805 г.). Этот закон находится в серьезном про­тиворечии с выводами атомистики Дальтона.

Для объяснения наблюдавшихся Ж. Г ей-Л юссаком законо­мерностей соединения газов оказалось необходимым предполож и ть следующее :

1) любые газы (в том числе и простые) состоят не из атомов, а из молекул;

2) в равных объемах различных газов при одинаковых темпера­туре и давлении содержится одинаковое число молекул.

Последнее утверждение, высказанное итальянским ученым А. А во га дров 1811 г., вошло в химию под именем закона Ав ог адр о. Однако в начале XIX в. эти воззрения не получили должно­го признания: даже крупные химики того времени Д. Дальтон и И. Берцелиус отрицали возможность сущест в ования молекул, состоящ и х из нескольких одинаковых атомов. Прошло еще полвека, прежде чем на 1 Международном съезде химиков, состоявшемся в Карлсруэ (Германия) в сентябре 1860 г., были окончат е льно приня­ты основные химические представления (понятия об атомах и моле­кулах), зародившиеся в виде философского учения в Древней Греции (Л евкип п, Демокрит, Эпикур), впервые развитые в виде на­учной концепции Д. Дальтоном, подтвержденные опытами Ж. Пруста, Ж. Гей-Л юссака и окончательно сформулирован­ные в трудах А. Авогадро и его ученика С.Канн иццаро.

Таким образом, основные положения атомно-молекулярного учения можно сформулировать следующим образом:

1.            Все вещества состоят из атомов.

2.            Атомы каждого вида одинаковы между собой, но отличаются от атомов любого другого вида.

3.            При взаимодействии атомов образуются молекулы: гомоядерные или гетероядерные.

4.            При физических явлениях молекулы сохраняются; при химических – разрушаются; при химических реакциях атомы в отличии от молекул сохраняются.

5.            Химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состоят первоначальные вещества.

Моль равен количеству вещества, с одержащего столько же струк­турных частиц данного вещества, сколько атомов содержитс я в угле­роде массой 12 г.

Физико-химический смысл понятия “моль” м ожет быть уточнен после введения представлений об изото п ах.

Для удобства расчетов, проводимых на основании химических реакций и учитывающих кол и чества исходных реагентов и продук­тов взаимодействия в молях, вводится молярная масса вещества.

Молярная масса М вещества представляет с о бой отноше н ие его м ассы к количеству вещества: М =m

                                             V

где m — ма с са в граммах, v — кол и чество вещества в молях, М — молярная масса в г/моль — постоянная величина для каждого да н ­ного вещества.

Значение молярной массы численно совпад а ет с относ и тельной молекуляр н ой массой вещества или относител ь ной атомной массой элемента.

Определение, данное молю, опирается на число структурных час­тиц, содержащихся в 12 г углерода. Было установлено, что указан­ная масса углерода содержит 6,02х10/23  атомов этого элемента. Сле­довательно, любой хим и ческий индивид количеством 1 моль содер­жит 6,02 х10/23  структурных частиц (атомов или молекул).

Число N/A=6.02*10/23 нос и т название постоянной Авогадро и выведено с использованием закона Авогадр о .

 Из закона Авогадро следует, что два газа одинаковых объемов при одинаковых условиях, хотя и содер ж ат одинако в ое число моле кул, имеют неодинаковые массы: масса одного г а за во столько раз больше массы другого, во сколько ра з относительная молекуляр­ная масса первого больше , чем от н о си тельная молекулярная масса второго, т. е. плотности г аз ов относятся как их от н осительные моле­кулярные массы.

Независимая оценка значения молярной массы М может быть проведена на основании обобщенного уравнения К л апейрона — Мен­деле е ва:                  PV=m  х RT

                                      M

Где Р – давление газа в замкнутой системе, V – объем системы, m – масса газа, R – молярная газовая постоянная, равная 8, 31*ДЖ/К*моль, Т – абсолютная температура.

1.Химия. Справочные материалы.М.-1989 г.

2. Общая и неорганическая химия. Т.Варламова, А. Кракова.М.-2000 г.