Основные химические законы.

1.Закон сохранения массы веществ (независимо друг от друга открыт в 1748г. М.В.Ломоносовым и в 1789 г. А.Лавуазье): масса исходных веществ равна массе продуктов реакции.

Поэтому для соблюдения этого закона каждая химическая реакция должна быть уравнена (одинаковое число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения гарантирует одинаковые массы всех веществ).

2.Закон постоянства состава: всякое чистое вещество независимо от способов его получения имеет постоянный качественный и количественный состав.

Пример :

Вещество «углекислый газ» может быть получено различными способами:

а) С + О₂ = СО_2;

б) СаСО₃ = СаО + СО_2;

в) СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2 Н₂О;

но во всех случаях состав молекулы один и тот же: 1 атом углерода и 2 атома кислорода.

3.Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул.

Следствия:

1. При нормальных условиях (н.у.) 1 моль любого газа занимает объем

22,4 л (н.у.: Р = 1 атм = 760 мм рт.ст. = 101325 Па; t = 0^о С; Т = 273 К).

2. Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молярных (М) или относительных молекулярных (Мr) масс.

4.Уравнение Менделеева-Клапейрона – уравнение состояния идеального газа:

,

где Р – давление газа, Па; V – его объем, м³; m – масса вещества, г;

М – молярная масса вещества, г/моль; Т – абсолютная температура, К;

R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль* К).

Вопросы для закрепления материала:

1.Определить степени окисления элементов в соединении NH₄ MnO₄.

2.Рассчитать плотность NO по: а)водороду; б)воздуху; в)кислороду; г)азоту.

Строение атома

Слово «атомос», что означает «неделимый», ввел в своих трудах Демокрит примерно 2400 лет тому назад.

В 18-19 веках М.В.Ломоносов, А.Лавуазье, Д.Дальтон, А.Авогадро, С.Канницаро, Д.И.Менделеев занимались теорией строения атома и в результате этих исследований установили связь между понятиями “атом” и “элемент”. Появились представления о размерах и массе атомов.

Конец 19 и начало 20 века отмечены такими фундаментальными открытиями, как обнаружение радиоактивности (А.Беккерель,1896 г.), рентгеновского излучения (В.Рентген, 1895 г.), открытие фотоэффекта (А.Энштейн, 1887 г.), открытие электрона (Дж. Томсон, 1897 г.), возникновение идеи квантования энергии атома (М. Планк, 1900), установление линейчатого характера спектров атомов. Эти открытия вызывали необходимость в создании теории строения атома.

В 1911 г. Э.Резерфорд на основе эксперимента создает ядерную (планетарную) модель строения атома:

1. в центре атома находится положительно заряженное ядро, очень малое по размерам, в котором сосредоточена почти вся масса атома (радиус атома /радиус ядра = 10^-8см /10^-13см = 10⁵ );

2. вокруг ядра на значительном расстоянии вращаются отрицательно заряженные электроны;

3) так как атом электронейтрален, то суммарный заряд электронов равен заряду ядра.

Дальнейшие исследования показали, что число электронов и заряд ядра соответствует порядковому номеру элемента.

В 1924 г. Луи де Бройль высказал предположение, что любым микрочастицам, в том числе и электронам, присуща двойственная корпускулярно-волновая природа, причем длина волны

где h – постоянная Планка;

m – масса микрочастицы;

- её скорость.

В 1926 г. Э. Шрёдингер вывел математическое описание электронной структуры атома, т.н. “волновое уравнение”, которое связывает волновую функцию с потенциальной энергией электрона U и его полной энергией Е:

,

где – сумма вторых производных волновой функции по координатам X,Y, Z; m - масса электрона, h – постоянная Планка. Суть такова, что есть плотность вероятности нахождения электрона в той или иной точке относительно ядра. При решении волнового уравнения возникает квантование энергии в сферической системе координат. Из этого уравнения следует, что электрон в атоме образует стоячую волну, которая определяет устойчивый характер движения электрона.

1927г. К. Д. Дэвиссон и Л. Х. Джермер экспериментально подтвердили волновую природу электрона: пучок электронов давал дифракционный и интерференционный эффекты ( при этом длина волны соответствовала формуле Луи де Бройля).

1927г. В. Гейзенберг установил принцип неопределенности: невозможно одновременно определить положение частицы и ее импульс или какое-либо связанное с импульсом свойство (например скорость, энергию и др.).

К этому времени самое простое из ядер – ядро атома водорода – было названо элементарной частицей «протоном» (p). Исследования Г.Мозли привели к выводу, что число протонов в ядре атома того или иного элемента равно номеру этого элемента в Периодической системе элементов.

В 1932 г. после открытия еще одной элементарной частицы «нейтрона» (n) группой физиков из различных стран была создана теория строения ядра из протонов и нейтронов. Силы, удерживающие эти частицы в ядре, называются «ядерные», их природу изучает ядерная физика.