Лекція 1 основні поняття та закони хімії

Програмні питання:

1.1 Атомно-молекулярне вчення

1.2 Основні поняття хімії

1.3 Основні закони хімії

1.3.1 Закон збереження маси

1.3.2 Закон сталості складу

1.3.3 Закон кратних відношень

1.3.4 Закон еквівалентів

1.3.5 Закон об’єм відношень

1.3.6 Закон Авогадро

1.3.7 Закон Клапейрона-Менделєєва

Контрольні питання

1.1 Атомно-молекулярне вчення

Наукову основу хімія отримала після утвердження атомно-молекулярного вчення. Згідно атомно-молекулярної теорії:

• Речовини складаються з молекул або атомів, які рухаються хаотично.

Молекула – це найменша частинка речовини, яка має сталий склад і зберігає її хімічні властивості.

• Молекули складаються з атомів, що характеризуються розмірами і масами.

Атом – це найменша хімічно неподільна частинка, що складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів, які у вигляді електронної хмари „розмазані“ по всьому об’єму атома.

• Склад молекул при фізичних явищах залишається незмінним, а при хімічних – зазнає якісних і кількісних змін.

1.2 Основні поняття хімії

Молекула здатна до самостійного існування і складається з однакових або різних атомів, сполучених між собою в одне ціле хімічним зв’язком.

Якщо речовина утворена однаковими атомами, то її називають простою речовиною, якщо ж різними – складною речовиною. Наприклад, H₂, Cl₂, N₂, O₂, O₃, Fe, Au, Zn – прості речовини, H₂O, CuO, NaOH, H₂SO₄, KCl – складні речовини.

Хімічний елемент – це сукупність атомів, що мають однакові хімічні властивості.

Маси атомів та молекул дуже малі, тому для порівняння їх мас зручно користуватися атомними і молекулярними масами, які виражаються в атомних одиницях маси (а.о.м.).

Атомна одиниця маси (а.о.м.) – це 1/12 частка від маси атома ізотопу Карбону ¹²С.

Маса атома, виражена в а.о.м., називається відносною атомною масою (A_r). Вона є безрозмірною величиною. Атомні маси хімічних елементів зазначені в періодичній системі елементів.

Молекулярна маса (M_r) – маса молекули, виражена в атомних одиницях маси. Вона також є безрозмірною величиною. Молекулярні маси сполук дорівнюють сумі мас атомів, що утворюють молекулу.

Наприклад, атомна маса Гідрогену А_r(H) = 1, А_r(Be) = 9, А_r(O) = 16, А_r(Mg) = 24, відповідно, маса молекули водню, що складається з двох атомів Гідрогену M_r(H₂) = 2·1 = 2, аналогічно M_r(N₂) = 2·14 = 28, M_r(CO₂) = 12 + 2·16 = 44, M_r(H₂SO₄) = 2·1 + 32 + 4·16 = 98.

Наприклад, якщо вказано, що А_r(Мg) = 24, то це слід розуміти таким чином: атом Магнію „важчий“ від атома Гідрогену в 24/1 = 24 рази, від молекули водню в 24/2 = 12 разів, від атома Карбону в 24/12 – вдвічі, від атома Оксигену в 24/16 = 1,5 рази, від атома Сульфуру в 24/32 = 0,75 разів, тобто „легший“ у 32/24 = 1,33 рази.

У хімії користуються фізичною величиною, яка називається кількістю речовини (ν). Кількість речовини виражається в молях.

Мольна (молярна) маса (M) – це маса 1 моля речовини, яка виражається в г/моль. Мольна маса речовини в г/моль чисельно дорівнює молекулярній масі.

Наприклад, мольна маса атомарного Гідрогену дорівнює 1 г/моль, а молекулярного водню 2 г/моль, сульфатної кислоти 98 г/моль.

Розглянемо кілька прикладів на використання понять моль, мольна маса, число Авогадро (N_A = 6,02·10²³ моль^–1). При розв’язку задач зручно користуватися наступними формулами:

де m – маса речовини, г;

M – мольна маса, г/моль;

де N – число структурних одиниць;

N_A – стала Авогадро, N_A = 6,02·10²³ моль^–1.

Приклад 1. Визначіть масу трьох молей магній гідроксиду.

Д а н о: ν(Мg(OН)2) = 3 моль	Р о з в’ я з о к: Використовуючи формулу для визначення кількості речовини
В и з н а ч и т и: m(Мg(OН)2) – ?
визначаємо масу магній гідроксиду: m = ν·M m = 3 моль·58 г/моль = 174 г.
В і д п о в і д ь: m(Мg(OН)2) = 174 г.

Приклад 2. Скільки молей міститься в 14 кг КОН?

Д а н о: m(КOН) = 14 кг	Р о з в’ я з о к: Використовуючи формулу для визначення кількості речовини
В и з н а ч и т и: ν(КOН) – ?
визначаємо кількість молей калій гідроксиду:
В і д п о в і д ь: ν(КOН) = 250 моль.

Приклад 3. Розрахуйте масу одного атома магнію в грамах.

Д а н о: N(Mg) = 1	Р о з в’ я з о к: Молярна маса магнію: М(Mg) = 24 г/моль. Використовуючи формули
В и з н а ч и т и: m0(Mg) – ?
запишемо: Оскільки N = 1, то маса 1 атома визначається за формулою Звідси
В і д п о в і д ь: m0(Mg) ≈ 4·10–23 г.

Приклад 4. Визначіть масу 1,5·10²⁰ молекул H₂SO₄.

Д а н о: N(H2SO4) = 1,5·1020	Р о з в’ я з о к: Використовуючи формули
В и з н а ч и т и: m(H2SO4) – ?
запишемо: Звідси
В і д п о в і д ь: m(H2SO4) = 2,44·10–2 г.

Приклад 5. Скільки молекул міститься в 2,9 г карбон (IV) оксиду.

Д а н о: m(СО2) = 2,9 г	Р о з в’ я з о к: Використовуючи формули
В и з н а ч и т и: N(СО2) – ?
запишемо: Звідси
В і д п о в і д ь: N(СО2) = 3,97·1022 молекул.