Основные понятия химии

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

Химия — наука, изучающая состав, строение, свойства, получение и превращения веществ.

Атомно-молекулярное учение — учение о строении веществ из атомов и молекул, создано трудами Ломоносова и Дальтона.

Вещества состоят из мельчайших частиц — молекул, которые находятся в непрерывном движении. При повышении температуры скорости движения молекул увеличиваются, при снижении — уменьшаются.

Молекулы различных веществ отличаются друг от друга массой, размерами и химическими свойствами. Все молекулы одного вещества одинаковы.

Молекулы состоят из более мелких частиц - атомов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ состоят из разных атомов.

Атомы одного элемента отличаются от атомов других элементов зарядом атомного ядра, размером и химическими свойствами. При химических реакциях изменяется состав молекулы. Атомы при химических реакциях не разрушаются.

Атом — электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и одного или нескольких электронов.

Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая всеми химическими свойствами данного вещества. Для некоторых веществ понятия атома и молекулы совпадают.

Химический элемент — вид атомов, характеризующихся определенным зарядом ядра.

Простым веществом называется вещество, молекулы которого состоят из атомов одного элемента, например водород, кислород и азот и т. д. Каждый элемент имеет определенный химический знак, соответствующий первым буквам латинского названия данного элемента.

Соединениями или сложными веществами называются вещества, молекулы которых состоят из атомов разных элементов, например вода.

Аллотропия - существование одного и того же элемента в виде двух или нескольких простых веществ. Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (например, кислород О2 и озон О3) или различных кристаллических форм (например, углерод образует графит и алмаз).

Этот случай называется также полиморфизмом.

Физические явления — это любые изменения вещества, не при водящие к изменению состава и строения его молекул, например изменение агрегатного состояния веществ, хотя кристалл и газ, например, обладают различными физическими свойствами.

Химические явления или химические реакции — это явления или реакции, при которых из одних веществ образуются новые вещества. Химические реакции постоянно совершаются в живой и неживой природе. Процессы ржавления, горения, гниения представляют собой химические явления. Часто явления физические и химические происходят одновременно, маскируя друг друга, например, пропускание электрического тока через проволоку сопровождается явлениями физического порядка: нагреванием проволоки, расширением ее, увеличением сопротивления,испусканием света, но то же нагревание проволоки на открытом воздухе приводит к явлениям химического характера: металл при нагревании реагирует с кислородом воздуха, превращаясь в оксид.

Механическая смесь и химическое соединение имеют следующие различия:

При приготовлении механической смеси составные части можно брать в любых количественных соотношениях. Чтобы получить химическое соединение и при этом одно из взятых веществ не вещества в определенных соотношениях.

Свойства веществ, составляющих механическую смесь, сохраняются, так как составные части в смеси остаются химически неизменными. При химической реакции свойства исходных веществ не сохраняются, так как в результате их взаимодействия образуется новое вещество с иными свойствами.

При механическом смешивании не наблюдается выделения или поглощения теплоты. Химические реакции практически всегда сопровождаются тепловыми эффектами.

Составные части смеси , могут быть разделены на основании их физических свойств (фильтрование, отстаивание, выпаривание и другие способы).

Металлы — простые вещества, обладающие высокими тепло- и электропроводностью, ковкостью, блеском и другими характерными свойствами, которые обусловлены наличием в их кристаллической решетке свободно перемещающихся электронов (обобщенного электронного облака).

Неметаллы — простые вещества, не обладающие свойствами металлов. Резкой границы меду металлами и неметаллами провести нельзя.

Типы химических реакций:

Реакция соединения - реакция, при которой из атомов или молекул двух или более веществ образуются молекулы одного вещества.

Реакция разложения - реакция, при которой из одного вещества образуется два или более веществ.

Реакция замещения - реакция, при которой атомы, входящие в состав простого вещества, замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.

Экзотермические реакции

реакции, протекающие с выделением теплоты.

Эндотермические реакции

реакции, протекающие с поглощением теплоты.

Скорость химической реакции — отношение изменения концентрации одного из реагирующих веществ ко времени, за которое это изменение произошло.

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, давления и агрегатного состояния.

Равновесие химическое - состояние смеси реагирующих веществ, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

Смещение химического равновесия — процесс изменения концентрации веществ в реагирующей смеси. Изменения равновесия, вызываемые изменением внешних условий, можно предвидеть, руководствуясь общим положением, известным под названием принципа Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие (изменять температуру, давление или концентрацию), то равновесие в системе сместится в направлении, при котором эффект произведенного воздействия уменьшится. Так, повышение температуры сместит равновесие в сторону реакций, которые идут с поглощением тепла; увеличение давления будет благоприятствовать реакциям, идущим с уменьшением объема.

Атомный вес элемента - вес атома, выраженный в углеродных единицах (у. е.), или число, показывающее, во сколько раз атом данного элемента тяжелее 1/12 части веса атома углерода (120).

Молекулярный вес — вес молекулы, выраженный в у. е., т. е. число, показывающее, во сколько раз моле кула данного вещества тяжелее 1/12 части веса атома углерода (12 С).

Закон постоянства состава: независимо от способа получения данного соединения его весовой состав постоянен.

Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся после реакции.

Грамм-атом — количество вещества, вес которого, выраженный в граммах, численно равен молекулярному весу данного вещества.

Закон Авогардо: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул.

Закон соединительных объемов: объемы газов, реагирующих между собой или образующихся в результате реакции, находятся в отношениях небольших целых чисел.

Формула химическая — сокращенное обозначение состава какого-либо соединения с помощью химических законов и чисел, указывающих на количественное соотношение элементов в данном соединении.

Валентность - свойство атомов данного элемента присоединить или замещать в молекуле определенное число атомов других элементов. За единицу валентности принята валентность водорода.

Структурные формулы элементов — формулы веществ с изображением валентности элементов, например в дн:

 Н-О-Н.

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УГЛЕВОДОРОДЫ

Гибридизация - это смешивание валентных электронных облаков и образование качественно новых, равноценных гибридных валентных электронных облаков.

У атома углерода в возбужденном состоянии 4 валентных электрона

Они неравноценны: s-электрон сферической формы, р-электроны имеют форму восьмерки и направлены по осям х, у, z.

При образовании химических связей у атома углерода происходит гибридизация. В зависимости от вида гибридизации атомы углерода могут находиться в трех валентных состояниях:

I валентное состояние. Для него характерна sр3-гибридизация. В случае sp3- гибридизации образуется четыре гибридных облака, которые направлены из центра тетраэдра к его вершинам. Угол между осями гибридных электронных облаков оказывается равным 109°28». Так образуется метан и его гомологи — алканы с общей формулой

CnH2n + 2

Алканы в пространстве имеют зигзагообразное строение - это ряд тетраэдров, соединенных своими вершинами:

II валентное состояние - sр2-гибридизация. Если происходит sр2-гибридизация, то образуется три гибридных валентных облака, которые лежат на плоскости под углом 120°.

Они образуют на плоскости три сигма-связи. Четвертая связь с соседним атомом углерода образуется в перпендикулярной плоскости двумя р-электронами, которые не участвовали в гибридизации. Так образуется этилен и его гомологи с общей формулой CnH2n.

III валентное состояние — sp-гибридизация. В случае sp-гибридизации образуются два гибридных облака, которые лежат на осевой линии, соединяющей ядра двух атомов под углом 180°. Они образуют две сигма-связи по осевой линии — с водородом и углеродом. 2р-электрона, которые не участвовали в гибридизации, образуют с соседним атомом углерода две П-связи в двух взаимноперпендикулярных плоскостях. Так образуется ацетилен и его гомологи с общей формулой

 CnH2n + 2.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОРОДОВ

Химические свойства, характерные для углеводородов, содержащихся в молекулах:

а) простые связи;

б) кратные связи.

а) Алканы содержат простые связи между атомами углерода. Для них характерны реакции замещения, они трудно окисляются, не обесцвечивают раствор перманганата калия.

Например: галогенирование метана под действием света

б) Этилен С2Н4 горит, но в отличие от этана, светящимся пламенем, так как имеет повышенное содержание углерода:

Ацетилен С2Н2 горит коптящим пламенем, так как имеет большой процент углерода в молекуле:

Для этилена и ацетилена характерны реакции присоединения и окисления, так как они содержат двойную и тройную связи.

Если условно обозначить окислитель атомом кислорода, то

При этом раствор перманганата калия обесцвечивается.

Линейная полимеризация ацетилена:

СН=СН+СН=СН-->СН2=СН-С =СН (винилацетилен)

Циклическая полимеризация ацетилена:

3C2H2    c    C6H