Введение

Дисциплина «Химия» знакомит студентов с фундаментальными теоретическими основами общей и неорганической химии, знание которых необходимо бакалавру для решения производственных и исследовательских задач. Курс «Химия» относится к математическому и естественнонаучному циклу дисциплин. Для его изучения необходимы знания, умения и компетенции по общей химии, физике, биологии и математике в объеме, предусмотренном государственным образовательным стандартом среднего (полного) общего образования (базовый уровень). Дисциплина «Химия» является базовой для последующего изучения других дисциплин «Естественнонаучной картины мира» и дисциплин вариативной части профессионального цикла, подготовки к итоговой государственной аттестации.

В учебно-методическом пособии в соответствии с учебной программой дисциплины кратко изложены теоретические основы по основным классам неорганических соединений, строению атома и периодическому закону элементов Д.И. Менделеева, химической связи, закономерностям химических процессов, свойствам дисперсных систем и растворов, электрохимическим процессам, биогенным химическим элементам. Для закрепления знаний и развития навыков самостоятельной работы студентов в пособие включены лабораторные работы, вопросы для самоконтроля, индивидуальные задачи, а также тестовые задания разных уровней сложности.

Пособие предназначено для успешного изучения дисциплины «Химия» студентами агрономического факультета АГАУ, обучающихся по направлению 250100 – «Лесное дело».

Тема 1. Основные классы неорганических соединений

1.1 Основные понятия и законы химии

Согласно атомно-молекулярному учению все вещества состоят из отдельных частиц – атомов и молекул. Химический элемент является составной частью простого и сложного вещества.

Химический элемент – вид атомов, обладающий определенным зарядом ядра.

Атом – мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства.

Молекула – наименьшая частица данного простого или сложного вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекула состоит из атомов (F₂ – одна молекула фтора, 2NH₃ – две молекулы аммиака).

Простое вещество – вещество, состоящее из атомов одного химического элемента (5О₂ – пять молекул кислорода, N₂ – одна молекула азота).

Сложное вещество – вещество, молекула которого состоит из атомов различных элементов.

Состав простых и сложных веществ изображается при помощи химических формул. Химическая формула – это условная запись состава вещества посредством химических знаков и индексов.

Основными количественными характеристиками вещества являются: количество вещества (число молей), его масса и объём.

За единицу относительных атомных и молекулярных масс элементов принята атомная единица массы (а.е.м.), представляющая собой 1/12 часть массы атома изотопа углерода ¹²₆С.

Относительная атомная масса (А_r) показывает, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²₆С.

Относительная молекулярная масса (М_r) вещества показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²₆С.

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс, приведенных в таблице Д.И. Менделеева, с учетом числа атомов.

Пример. М_r (H₂SO₄) = 2А_r (Н) + А_r (S) + 4A_r (O);

M_r (H₂SO₄) = 2 ^. 1 + 32 + 4 ^. 16 = 98.

Моль () – количество вещества, содержащее 6,02 ^. 10²³ структурных единиц (атомов, молекул, ионов и др.). N_a = 6,02 ^. 10²³ – число Авогадро.

Молярная масса (М) – масса вещества количеством 1 моль. Численно молярная масса М равна относительной молекулярной массе М_r, поэтому молярную массу можно определить по значению относительных молекулярных масс.

Молярный объем (V_m). Один моль любого газа занимает объём 22,4 л при нормальных условиях (н.у.). Н.У.: Т = 273 К, Р = 101,3 кПа.

Атомно-молекулярное учение в основе многих стехиометрических законов (стехиометрические законы – законы количественных соотношений между реагирующими веществами):

• Закон сохранения массы (Ломоносов,1748 г) - масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции;

• Закон постоянства состава (Пруст, 1808 г) - каждое химическое соединение независимо от способа получения имеет определённый количественный и качественный состав

• Закон Авогадро (Авогадро, 1811 г) - в равных объёмах любых газов, взятых при одной и той же температуре и при одинаковом давлении, содержится одно и то же число молекул

• Закон эквивалентов -: массы реагирующих веществ пропорциональны массам эквивалентов этих веществ:

m₁ m_Э(1)

^___ = ^________

m₂ m_Э(2)

где m₁ и m₂ – массы реагирующих веществ;

m_Э(1) и m_Э(2) – массы эквивалентов реагирующих веществ.

Эквивалентом (Э) вещества называется такое его количество, которое соответствует единице валентности моля данного вещества в реакциях обмена. Эквивалентная масса (m_Э) вещества – это масса одного эквивалента данного вещества, выраженная в г/моль.

Стехиометрия – раздел химии, в котором рассматриваются массовые и объемные отношения между реагирующими веществами. Процесс, при котором происходит превращение одних веществ в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, и при этом не происходит изменения атомных ядер, называется химической реакцией. Сокращенная запись химической реакции с помощью формул и символов называется химическим уравнением.

По изменению числа реагирующих веществ химические реакции делятся на следующие типы:

• реакции соединения - процессы, в которых из нескольких веществ образуется одно;

• реакции разложения - процессы, в которых из одного сложного соединения образуется несколько простых или сложных веществ;

• реакции замещения - реакции, в которых атомы простого вещества замещают атомы в молекулах сложных веществ;

• реакции обмена - процессы, в которых молекулы двух веществ обмениваются своими составными частями, образуя новые вещества.