Михаил Бармин - Общая и Неорганическая химия с примерами решения задач
ИЗОЛИРОВАННЫЙ АТОМ не имеет заряда, однако он может иметь не спаренные электроны (атомный радикал).
АТОМНЫЙ ИОН (К+, S2–) характеризуется наличием положительного или отрицательного заряда и образуется в результате удаления или присоединения электронов к атому.
АТОМНЫЙ РАДИКАЛ (Н, Cl) имеет не спаренные электро-ны в основном или возбужденном состоянии, а атомный ион– радикал (Cu2+, V2+) – заряд и не спаренные электроны.
Атомная частица является низшим, исходным уровнем хим. организации материи. Следующий уровень усложнения частиц – образование из атомных частиц различных атомных ас-социатов.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Молекулярная частица представляет собой систему взаимодействующих элементарных частиц, состоящую из атомных ядер и окружающих их внутренних и валентных электронов. Она образуется вследствие взаимодействия атомных частиц. Образование хим. связей между атомными частицами осуществляется валентными электронами.
Под молекулярной частицей понимается наименьшая совокупность атомных частиц, химически связанных в определенном порядке, способная к самостоятельному существованию, т.е. обладающая устойчивой структурой.
В зависимости от наличия или отсутствия заряда и не спа-ренных электронов молекулярные частицы классифицируют на молекулы (отсутствуют заряд и не спаренные электроны), молекулярные ионы (имеется заряд, отсутствуют не спаренные электроны) NO2–, SO42–, молекулярные радикалы или биради-калы (отсутствует заряд, имеется один или два не спаренных электрона), NO2, O2, молекулярные ион–радикады (имеется заряд и не спаренные электроны)
Молекула может переходить в свободно–радикальное состояние в результате возбуждения (воздействие света, теплоты и т.д.). В редких случаях такое возбуждение приводит к обратному процессу, когда бирадикал вследствие спаривания электронов превращается в молекулу O2 h–v1 O2. (Бирадикал превращается в синглетный молекулярный кислород).
Понятие молекулы в химии введено в связи с необходимостью отличить от ее атома. Оно должно отражать число атомов, их взаимное расположение и характер связи между ними (т.е. структуру), а также исключать характерные признаки других частиц.
формулировке понятия молекулы не следует указывать такой признак, как свойства, поскольку они зависят от внешних условий, растворителя, агрегатного состояния.
Кроме того, две полимерных молекулы о высокой, но различной степенью полимеризации могут практически не отличаться по химическим и даже физическим свойствам, однако, у них своя молекулярная структура и каждая молекула индивидуальное соединение.
ряде случаев нет смысла говорить о молекулах веществ в конденсированном состоянии (ионные, атомные кристаллы).
Молекула – это способная к самостоятельному существова-нию, нейтральная по заряду наименьшая совокупность атомов, связанных вследствие химического взаимодействия в опреде-ленном порядке (т.е. обладающая определенной структурой), не имеющая, как правило, не спаренных электронов.
ПРОДУКТЫ АССОЦИАЦИИ И АГРЕГАЦИИ
Дальнейшее усложнение химической организации материи идет по пути образования более сложной совокупности взаимодействующих атомных и молекулярных частиц (молекулярных ассоциатов и агрегатов) и их комбинаций.
Образование ассоциатов не изменяет фазового состава системы, а при образовании агрегатов возникает новая фаза (чаще всего твердая). Ассоциаты существуют в газообразном состоянии и в растворах (HCOOH)2, (H2F2), агрегаты – в твердом [NaCl(тв.), Si(тв.)] или жидком (эмульсии) состоянии.
случае сильных (специфических) взаимодействий моле-кулярный ассоциат может рассматриваться как молекулярная частица, более сложная, чем исходные (NO2+ NO2+N2O4).
случаях слабых (неспецифических) взаимодействий мы имеем дело с молекулярным ассоциатом, характеризующимся наличием надмолекулярной структуры.
К атомно–молекулярным агрегатам относят молекулярные кристаллы (HgCl2(тв.)), ионные кристаллы (NаС1(тв.)), атомные кристаллы (Si(тв.)).
Молекулярные кристаллы – это агрегаты, образующиеся из молекул в результате слабых межмолекулярных взаимодействий (нафталин, J2). При нагревании они диссоциируют сравнительно легко на исходные молекулы. При увеличении размера молекул (красители, сахара, полисахариды) из-за большой энергии взаимодействия они не могут возгоняться без разложения.
Ионные кристаллы (ионные агрегаты) образуются из ионов вследствие сильных электростатических взаимодействий. Они плавятся и возгоняются, распадаясь на более простые частицы только при довольно высоких температурах. Под влиянием сольватации полярным растворителем агрегат теряет ионную структуру и переходит в раствор в виде стехиометрической смеси ионов, слабо взаимодействующих друг с другом.
Таким образом, усложнение частиц идет в направлении:
Элементарные частицы → Атомные частицы → Молекулярные частицы → Ассоциаты → Агрегаты
Под более сложными молекулярными частицами имеются
виду молекулярные ассоциаты второго и высших порядков (белки) из нескольких различных по природе надмолекулярных структур. ХХХ
По мере усложнения частиц происходит переход количества
качество, поэтому совокупность частиц отличается природой, свойствами, степенью связанности, прочностью.
Независимо от степени ассоциации или агрегации для них используются понятия: простые и сложные вещества, химические соединения, которые изображаются стехиометрической формулой вещества с указанием его модификации, агрегатного состояния, внешних условий, чистоты.
Химический элемент – вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств.
ОТНОСИТЕЛЬНОЙ М (молекулярной массой) простого или сложного вещества называется отношение массы его молекулы к 1/12 части массы атома 12С. 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12С наз. А.Е.М.
Моль – количество вещества содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г. изотопа углерода 12С.
Отношение массы m вещества к его количеству ν называется молярной массой вещества
M=m /ν [г/моль]
М=кMотн , к=1.
Отношение объема, занимаемого веществом, к его количес-тву называется молярным объемом вещества.
Y. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ
Атомно–молекулярное учение (М.В.Ломоносов, 1741г.) Корпускулярная теория.
I. Все вещества в природе состоят из частичек, физически неделимых и обладающих способностью взаимного сцепления.
II. Свойства веществ зависят от свойств этих элементов. (Мелкие элементы – атомы, корпускулы – молекулы).
III. Причина различия веществ не только в составе корпускул, но и в различном расположении элементов в корпускуле.
IV. Корпускулы движутся согласно законам механики. Так как изменения веществ обуславливаются движением корпускул, то химические превращения должны изучаться методами физики и математики.
Стехиометрия – раздел химии, в котором рассматриваются весовые и объемные отношения между реагирующими веществами.
XVIII–XIX вв. Основные стехиометрические законы.
Закон Дальтона
Р = P1+P2+P3+… , где Р – общее давление; P1,2,3… –пар-
циальное давление газов
Закон Авогадро: в равных объемах разных газов при оди-наковых условиях (P,V) cодержится одинаковое число частиц (молекул или атомов)
Na –число Авогадро ; Na= 6,02–1023
При Н.У. 1моль любого газа занимает V=22,4л
mx = nMx = Д
m1 nM1 х/1
3. Mx = Дх/1M1
Закон Бойля–Мариотта Т – const
P1 V1 = P2V2
Закон Шарля и Гей–Люссака
P – const ;
V = T
V0 T0
Объединенный закон газового состояния для 1 моля газа
PV P0V0
T = T0 = R
Т0=273,15К V0=22,4 л P0=101325 Па=760мм рт.ст.
Уравнение Менделеева– Клапейрона(1874г.) PV= nRT = mМ *RT
Где R–универсальная газовая постоянная=8,31 Дж/моль К= 8,314 Па =0,082 атм л/(моль К) = 62360 мм рт.ст мл/(моль К)
Закон сохранения массы: Ломоносов(1748), Лавуазье(1774)
