Химияның теориялық негіздері. Химияның негізгі түсініктері
Химияның теориялық негіздері
Химия - жаратылыстанудың маңызды да, көлемді салаларының бірі.
Химия - заттар және олардың қасиеттері мен өзгерістері туралы ғылым.
Химия пәні химиялық элементтерді, олардың қосылыстарын және химиялық реакциялар бағынатын заңдылықтарды зерттейді.
Химиядағы заттар - материалдың объектілердің өмір сүру формалары (түрлері) . Зерттелетін заттардың белгілеріне қарай химияны бейорганикалық және органикалық деп бөледі. Оттек, су, кремнезем, аммиак және сода - бейорганикалық заттар; метан, ацетилен, этанол, сірке қышқылы және сахароза - органикалың заттар.
Барлық заттар бөлшектерден тұрады және олар химиялық реакцияларға қатысуға мүмкіндігі бар заттарға тән химиялың қасиеттер жиынтығы мен сипатталады.
Химиялық реакциялар деп құрамы күрделі заттардың жай заттардан түзілуін, бір күрделі заттардың екінші күрделі заттарға ауысуын, күрделі заттардың құрамы бойынша жай заттарға айырылуын айтады, қысқаша айтқанда, химиялық реакциялар - бір заттардың басқа заттарға айналуы.
Қазіргі кезде миллиондаған заттар белгілі, ал олардың қатарына үнемі табиғаттан табылған немесе жасанды синтезделген жаңа заттар қосылып отырады. Негізінде, химиялық реакциялардың саны шексіз.
§1. Химияның негізгі түсініктері
Химиядағы заттар
Кез келген затқа арнаулы қасиеттер жиынтығы тән, мәселен, нақты бір заттың өзіндік қасиетін анықтайтын физикалық белгілері болады. Мысалы, тығыздығы, түсі, тұтқырлығы, ұшқыштығы, балқу және қайнау температуралары.
Барлық заттар сыртқы физикалық жағдайларға байланысы үш түрлі агрегаттық - қатты (қ), сұйық (с) және газ тәріздес (г) күйлерде бола алады.
Мұз, сұйықсу мен су булары - бір заттың, яғни судың (Н 2 О), қатты, сұйық, газ тәріздес күйлері.
Химиялық реакциялар
Заттардың химиялық қасиеттері химиялық реакциялар арқылы айқындалып сипатталады. Реакциялар бір заттың ішінде де, әр түрлі заттар қоспаларында да жүре алады. Химиялық реакциялар жүргенде, әрқашан жаңа заттар түзіледі.
Жалпы түрде химиялық реакцияны химиялық теңдеу арқылы көрсетеді:
Реагенттер →Өнімдер
Мұндағы реагенттер - реакцияны жүргізуге алынған бастапқы заттар, ал өнімдер - реакция нәтижесінде түзілген жаңа заттар.
Мысалы:
Химиялық реакциялар әрқашан физикалық әсерлермен сипатталады, яғни жылуды сіңіру немесе бөлу, заттың агрегаттық күйі мен түсінің өзгеруі т. б. Мысалы, жасыл минерал малахиттің айырылуы жылуды сіңіру арқылы жүреді (сол себептен реакция тек қыздырғанда ғана жүреді), ал нәтижесінде катты, түсі қара мыс (ІІ) оксиді мен түссіз көмірқышқыл газы және су түзіледі.
Химиялық реакцияларды затгардың тек сыртқы түрі мен агрегаттық күйін ғана өзгертетін фпзикалық процестерден айыра білу керек; кеңінен тараған физикалық процестерге нығыздау (престеу), уату, араластыру, біріктіріп балқыту, құймалау, еріту, тұнбаны сүзу, айдау жатады. Химиялық реакциялардың көмегімен іс жүзінде маңызы бар, табиғатта шектеулі мөлшерде ғана кездесетін (мысалы, азот тыңайтқыштары) заттар немесе мүлде кездеспейіін (синтетикалық дәрі-дәрмектер, химиялық талшықтар, пластмассалар т. б. ) заттар алынады. Химия адам өміріне қажетті жаңа, табиғатта белгісіз заттарды синтездеуге мүмкіндік береді.
Онымен қоса қоршаған ортаға үздіксіз химиялық әсер ету тұрақталған табиғи экологиялық циклдерді бұзуы мүмкін, қоршаған ортаны ластайды, табиғи ресурстарды тиімді пайдалануды қиындатады және жер бетінде адамның өмір сүруіне қажетті табиғи ортаның сақталуына қатер туғызады.
Атомдар және химиялық элементтер
Aтом - заттың ең кіші химиялық бөлшегі. Бүлінген кезде атом өзін құрастыратын өте кіші («элементар») физикалық бөлшектерге ыдырайды. Бұл бөлшектердің саны әр атомда әр түрлі болады. Физикалық бөлшектер - электрон е - , протон р + және нейтрон n 0 . Кез келген атом -электрбейтарапты химиялық бөлшек; оның ядросында протон мен нейтронның біраз саны бар (оң зарядталған), ал атомның шетінде - электронды қауыз міндетті түрде ядродағы протон санына тең болатын электрон саны орналасады.
Атомдардың белгілі түрі химиялың элемент деп аталады. Әр элементтің өзінің аты және таңбасы болады, мысалы, aзот N, темір Ғе , алтын Аu.
Әр элементтің барлық атомдарының ядроларындағы протон және қабықшасындағы электрон сандары бірдей болады. Мәселен, сутек Н элементі атомдарының ядросында 1р + және шетінде 1е - , оттек элементі О атомдары ядросында 8р + , қабықшасында 8е - , ал алюминий А1 элементі атомдарының ядросында 13р + және қабықшасында 13е - болады.
Кейбір элементтердің аталуы, таңбалары және таңбаларының оқылуы:
Барлық химиялық элементтер атаулары Периодтық жүйеде келтірілген.
Салыстырмалы атомдық масса
Элементтер атомдары тек өздеріне ғана тән белгілі массалармен сипатталады. Мысалы, Н атомының массасы 1, 67-10 -24 г, С атомінікі 1, 995- 10 -23 г, О атомінікі 2, 66-10 -23 г. Мұндай мәні өте аз шамаларды пайдалану қолайсыз болғандықтан, салыстырмалы атомдық масса А r ұғымы енгізіледі, ол берілген элемент атомы массасының массаның атомдық бірлігі (1, 6605- 10 -24 г) қатынасына тең. Бөлгеннен кейін алынған сандар мынадай:
A r (Н) = 1, 0078≈1
А r (С) = 12, 011 ≈12
A r (О) = 15, 9994≈16
Барлық элементтердің салыстырмалы атомдық массаларының шамалары Периодтық жүйеде көрсетілген.
Металдар және бейметалдар
Химиялық элементтер қасиеттері бойынша металдың және бейметалдық болып бөлінеді. Периодтық жүйедегі 22 элемент:
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, N, P, As, C, Si, B, H
бейметалдар, ал қалған элементтер (қазіргі кезде 91) металдар болып табылады.
Молекулалар. Молекулалық формулалар.
Коваленттік және иондық заттар
Молекула - заттың химиялық қасиетін сақтайтын ең кіші бөлшегі. Барлық молекулалар атомдардан тұрады, сондықтан олар да электрбейтарапты.
Молекулалар құрамы, біріншіден, заттың сапалық құрамын (оның кұрамына енетін химиялық элементтер таңбалары), екіншіден, сандық құрамын (молекуладағы әр элементтің атомдық санын көрсететін төменгі сандық индекстер) көрсететін молекулалық формулалармен беріледі. Мәселен, су молекуласының формуласы Н 2 О (2 атом сутек, 1 атом оттек), хлор молекуласы С1 2 (2 атом хлор), көмірқышқыл газының молекуласы СО 2 (1 атом көміртек, 2 атом оттек) формулаларымен жазылады. Бір атомды молекулалар (атомдар) кездеседі: аргон Аr.
Молекулалық формулалардың оқылуы:
N 2 - эн-екі
Вr 2 - бром-екі
NH 3 - эн-аш-үш
OF 2 - о-фтор-екі
H 2 SO 4 - аш-екі-эс-о-төрт
Нақты молекулалардан тұратын заттар коваленттік заттар деп аталады, мысалы, су Н 2 О, аммиак NH 3 , азот N 2 , күкірт қышқылы H 2 SO 4 , этанол С 2 Н 5 ОН, сахароза С 12 Н 22 О 11 .
Бейорганикалық қосылыстардың көпшілігі иондық болады, олар молекулалар орнына оң иондар (катиондар) мен теріс иондар (аниондар) электрбейтарапты жиынтығынан тұрады.
Олардың құрамы да молекулалық формулалармен (шартты молекулалар) беріледі, ал иондар бір немесе көп элементті болып келеді. Мәселен, Mg 3 N 2 (магний нитриді) -үш катион Mg 2+ және екі анион N 3- қосындысынан, ал Са(ОН) 2 (кальций гидроксиді) - бір катион Са 2+ және екі анион ОН - қосындысынан тұрады.
Кейбір жағдайларда шартты және нақты молекулаларды (олардың коваленттік немесе иондық құрылымына қарамай-ақ) заттардың формулалық бірлігі деп атайды. Кейбір заттар газ тәріздес және сұйық күйлерінде молекулалар ассоциаттарын (біріккен молекулалар), яғни белгілі бір физикалық жағдайлардағы заттардың нақты бөлшектерін құрайды. Мысалы, Р 2 О 5 - фосфор(V) оксиді (Р 2 О 5 ) 2 димер түрінде немесе Р 4 О 10 түрінде, ал N0 2 - азот(ІV) оксиді (NO 2 ) 2 немесе N 2 O 4 түрлерінде бола алады. Р 4 О 10 және N 2 O 4 ассоциаттар үшін Р 2 О 5 және NO 2 - молекулалық формулалар, ал Р 4 О 10 және N 2 O 4 - нағыз формулалар.
Жай және күрделі заттар
Элементтік құрамы бойынша заттар:
- жай заттар - бір элемент атомдарынан тұратын (Н 2 , О 2 , Cl 2 , P 4 , Na, Cu) ;
- күрделі заттар - әр түрлі элементтер атомдарынан тұратын (Н 2 О, NH 3 , OF 2 , H 2 SO 4 , MgCl 2 , K 2 SO 4 ) болып бөлінеді.
Қазіргі уақытта 500 жай зат түзе алатын 113 элемент белгілі. Бір элементтің қасиеттері бойынша айырмашылығы бар бірнеше жай заттар түрінде бола алу қабілеттілігін аллотропия (тұрпатастық) деп атайды.
Мысалы, оттек элементі О екі аллотропиялық түрде: О 2 оттек және О 3 озон бола алады, олардың молекулаларындағы атомдар саны әр түрлі. Көміртек С элементінің аллотропиялық түрлері - алмаз және графит - кристалл құрылымдары бойынша өзгеше. Аллотропияның басқа да себептері болады.
Күрделі заттарды көбінесе химиялық қосылыстар деп атайды, яғни жай заттар атомдарының қосылуы нәтижесінде алынған заттар ретінде қарайды. Мысалы, сынап(II) оксидін HgO - сынап Hg пен оттектің О 2 , натрий бромидін NaBr - натрий Na мен бромның Вr 2 деп біледі. Химиялық қосылыстар мен оларды түзетін жай заттардың қасиеттері, әрине, әр түрлі.
Бейорганикалық заттардың атаулары
Иондық заттардың химиялық формулалары екі бөліктен - катионның формуласынан (сол жақта бірінші болып жазылады) және анионның формуласынан (солдан екінші) тұрады:
СаС1 2 - (Са 2+ ) (С1 - ) 2
Мg
3
(РО
4
)
2
-(Мg
2+
)
3
(Р
)
2
(NH
4
)
2
SO
4
-(NH
4
+
)
2
(S
)
Иондық заттардың атаулары олардың формулалары бойынша солдан оңға қарай құрылады, алдымен катион, одан соң анион аталады. Мысалдар:
KC1 - калий хлориді
BaSO 4 - барий сульфаты
AgNO 3 - күміс(І) нитраты
NaOH - натрий гидроксиді
(NH 4 ) 2 CO 3 - аммоний карбонаты
Fe, (РО 4 ) 2 - темір(ІІ) ортофосфаты
Сr 2 О 3 - хром(III) оксиді
Аниондардың атауларын және олардың формулаларын жаттап алу қажет. Төменде жиі кездесетін аниондар тізімі берілген.
F - - фторид (оған ұқсас С1 - , Вr - , I - )
О 2- - оксид
S 2- - сульфид
OH - - гидроксид
CO 3 2- - карбонат
NO 2 - - нитрит
NO 3 - - нитрат
SО 3 2 - сульфит
SO 4 4- - сульфат
РО 4 3- - ортофосфат.
SiO 4 4- - ортосиликат
MnO 4 - - перманганат
Cr 2 O 7 2- - дихромат
Катиондар атаулары Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ва 2+ , А1 3+ сәйкес элементтер атауларымен құрастырылады (Na + - натрий катионы, А1 3+ - алюминий катионы) ; NH 4 + аммоний катионы деп аталады. Көптеген басқа металдарда атауларының жанында жақшада рим санымен тотығу дәрежелері көрсетіледі:
Ag + - күміс(І) катионы
Рb 2+ - қорғасын(ІІ) катионы
Сr 3+ - хром(ІІІ) катионы
Коваленттік заттардың химиялық формулаларын шартты катиондар мен аниондар формулаларына ойша бөлуге болады. Мысалы, РС1 3 - бір шартты катион Р 3+ және үш шартты анион Сl - , H 2 SO 4 - екі Н + шартты катион және бір SO 4 2- шартты анионға бөлінеді. «Шартты» деген термин коваленттік заттарда, шындығында, көрсетілген иондар жоқ дегенді байқатады (заттар молекулалардан тұрады), сонысымен олар иондық заттардан ерекшеленеді. Кейбір иондар қосылыстарының типіне байланысты нақты да, шартты да болатынын ескерту қажет. Мысалы, С1 - және SO 4 2- аниондары.
Молекулалық немесе иондық құрылымдағы екі элементті заттар зарядтарының абсолют мәндері атомдардың стехиометриялық (сайма-сайлық) валентгігіне сәйкес келеді, мысалы, Na 2 O үшін Na I және О II , ал РСl 3 үшін Р III 3 және C1 1 . Иондар зарядтарының таңбасы мен шамалары сәйкес элементтердің тотығу дәрежелеріне (оң не теріс) тең болады. Мысалы:
Иондар зарядтары таңбасы соңынан қойылған араб сандарымен (Fe 2+ , P 3+ , S 2- ), ал элементтің тотығу дәрежесі таңбасы алдынан қойылған рим сандарымен белгіленеді; әдетте оңтаңба («плюс») жазылмайды, бірақ ойға алынады (Fе +II немесе Ғе II , Р +III немесе Р III , бірақ S -II ) .
Коваленттік екі элементті заттардың аталуы екі бөлек сөзден тұрады: шартты катион мен шартты анионның қатысы сандық қосымшамен көрсетіледі (1 - моно, 2 - ди, 3 - три, 4 - тетра, 5 - пента, 6 - гекса) :
CO - көміртек монооксиді
СО 2 - көміртек диоксиді
РС1 3 - фосфор трихлориді
РС1 5 - фосфор пентахлориді
Тотығу дәрежесін көрсетіп атауға болады, бірақ ұсынылмайды. Мысалы, CO үшін көміртек (II) оксиді және СО 2 үшін көміртек(ІV) оксиді деп те атауға болады.
Реакциялар теңдеулері
Кез келген химиялық реакцияларды молекулалық тендеулермен көрсетеді, яғни сәйкес коэффициенттері бар реагенттер мен өнімдердің молекулалық формулалары жиынтығымен белгілейді. Мысалы:
3Ва(ОН) 2 +2Н 3 РО 4 = Ва 3 (РО 4 ) 2 ↓ +? Н 2 О
Fе 2 О 3 +3Н 2 = 2Fе + 3Н 2 О
Келтірілген реакциялардың біріншісі - алмасу реакциясы (элементтердің тотығу дәрежелері өзгермей жүреді), екіншісі - тотығу-тотықсыздану реакциясы (кейбір элементтердің тотығу дәрежесі өзгеруімен жүреді) .
Бірінші мысалда реагенттер мен өнімдердің тотығу дәрежелері тұрақты (Ва II , Н I , О -II , P v ), ал екінші мысалда өзгереді (Fe және Н) :
Fе 2 III О 3 + 3Н 2 0 = 2Ғе 0 + 3Н 2 I О
Алмасу реакциялары теңдеулеріндегі коэффициенттерді қою
Коэффициенттерді қою әр элемент бойынша саналады, мысалы:
?Ва(ОН) 2 + ?Н 3 РО 4 = ?Ва 3 (РО 4 ) 2 ↓ + ?Н 2 О
Реакцияға дейінгі, реакциядан кейінгі элементтер атомдарының санын сақтау үшін, құрамы ең күрделі заттан бастап, қосымша көбейткіштерді таңдайды:
Ва 3 (РО 4 ) 2 (коэффициенті 1) :
сол жақта Р 1 атомы ← оң жақта Р 2 атомы
(көбейткіш 2)
сол жақта Ва 1 атомы ← оң жақта Ва 3 атомы
(көбейткіш 3)
Реакция теңдеуіндегі Ва 3 (РО 4 ) 2 формуласы алдына 1 коэффициенті (әдетте 1 саны жазылмайды) қойылады, Н 3 РО 4 формуласы алдына 2 коэффициенті, Ва(ОН) 2 формуласы алдына 3 коэффициенті қойылады:
3Ва(ОН) 2 + 2Н 3 РО 4 = (1 ) Ва 3 (РО 4 ) 2 ↓ + ?Н 2 О
Одан соң Н 2 О үшін коэффициент есептеледі:
сол жақта Н 12 атомы → оң жақта Н 2 атомы
(көбейткіш б)
Яғни Н 2 О формуласы алдына 6 коэффициенті қойылады:
3Ва(ОН) 2 + 2Н 3 РО 4 = Ва 3 (РО 4 ) 2 ↓+ 6Н 2 О
Енді атомдарының саны есептелмеген элемент (оттек) бойынша тексеру жүргізіледі:
сол жақта О 14 атомы → оң жақта О 14 атомы Коэффициенттер дұрыс тандалған. Тотығу - тотықсыздану реакцияларына коэффициенттер таңдау кейінірек көрсетіледі.
§2. Химиядағы сандық есептеулер
Химияда сандық есептеулер заттардың формулалары және реакциялар тендеулері бойынша жүргізіледі. Бірінші жағдайда күрделі заттың сандық құрамын, олардағы элементтердің массалық үлестерін есептейді. Екінші жағдайда дұрыс құрылған реакция тендеулері негізінде реагенттер мен өнімдердің мольдік, массалық, көлемдік қатыстарын анықтайды. Мұндай есептеулер стехиометрия (сайма-сайлық) деп аталатын химия бөліміне жатады.
Масса сақталу заңы
Заттар массасының сақталу заңының қазіргі кездегі тұжырымдамасы мынадай:
Реагенттер массасы өнімдер массасына тең.
Бұл занды 1748-1756 жылдарда орыстың ұлы ғалымы М. В. Ломоносов жабық ыдыстарда қорғасынды және басқа да металдарды күйдіріп, тәжірибелер жүргізу арқылы ашты. 1785 жылы француздың атақты ғалымы А. -Л. де-Лавуазье Ломоносовтан тәуелсіз заттар массасының сақталу заңын эксперименттік түрде
2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О
реакциясын жүргізу арқылы дәлелдеді.
Атом-молекулалық ұғымда массаның сақталу заңы химиялық реакция нәтижесінде реагенттер атомдарының өнімдер молекулаларына топтасуымен түсіндіріледі. Әр элементтің атомдар саны мен әр атомның массасы реакцияға дейін және реакциядан кейін өзгермейді.
Массаның сақталу заңы химияны сандық тұрғыда дамитын ғылым қатарына қосты.
Құрам тұрақтылық заңы
Заттың құрам тұрақтылық заңының жаңа анықгамасы:
Заттың қандай тәсілмен алынғанына қарамастан, оның химиялық құрамы және қасиеттері тұрақты болады.
Заңды 1799 жылы француз химигі Ж. -Л. Пруст көптеген химиялық қосылыстарға талдау (анализ) жасау негізінде ашты. Уақытқа, алынған жеріне (орнына) және тәсіліне карамастан олардың құрамы мен қасиеттері тұрақты болып қалды.
Салыстырмалы молекулалық масса
Салыстырмалы молекулалық массаның М Г шамалары салыстырмалы атомдық масса шамаларынан (3. 1-кестені қараңыз) күрделі заттың формулалық бірлігіндегі әр элементтің атомдар саны ескеріліп есептеледі. Мысалдар:
М Г (Н 2 ) = 2Л г (Н) = 2·1=2
М Г (Н 2 О) = 2А Г (Н) + 2А Г (О) = 2·1+16=18
М Г (H 2 SO 4 ) = 2А Г (Н) + A Г (S) + 4А г (О) = 2·1+32+4·16 =98
М Г (CaCO 3 ) = А г (Са) + А(С) +3А г (О) = 40+12+3 · 16 = 100
Зат мөлшері. Авогадро саны
Атомдар мен молекулалар өте кіші бөлшектер болғандықтан, химиялық реакцияларға алынатын заттар бөлшектердің көп санына сәйкес келетін физикалық шамалармен сипатталады.
12 г көміртекте (графит не алмаз түрінде) 6, 02 · 10 23 С атомы ( А Г = 12), 28 г N 2 -де тура сондай N 2 молекула саны ( М Г = 28), 18 г Н 2 О-да сондай Н 2 О молекула саны (М Г =18) т. б. болады.
Құрамында 6, 02·10 23 белшек бар және n в деп белгіленетін В затының (көміртек С, азот N 2 , cy Н 2 О) мөлшері 1 моль болады:
n(С) = n(N 2 ) = п ( Н 2 О) = n в = 1 моль
Мысалы, 36 г суда екі еселенген молекула саны, яғни 2-(6, 02 · 10 23 ), 45 г-да-2, 5-(6, 02·10 23 ), массасы 1, 8 гсуда 0, 1(6, 02 · 10 23 ) молекулалар саны болады. Басқаша айтқанда, бұл алынған бөліктердегі судың зат мөлшері 2 моль, 2, 5 моль және 0, 1 моль.
Сонымен, зат мөлшері - берілген затты құрайтын және оның алынған бөлігінде болатын бөлшектер санына тура пропорционал физикалық шама.
3. 1-кесте. Кейбір элементтердің салыстырмалы атомдық массалары (дөңгелектенген шамалар)
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz