ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Общая и неорганическая химия

Теоретические материалы

для студентов специальности

Аналитический контроль качества химических соединений

ВОРОНЕЖ

Раздел I. Теоретические основы общей химии

1. Введение. Атомо-молекулярное учение. Основные законы химии

Химия является одной из фундаментальных наук. Химическая промышленность является одной из отраслей, определяющей научно-технический прогресс. Ни одна отрасль хозяйства не может существовать без продукции химической промышленности. Химия и химическая промышленность дают человеку возможность сознательно создавать новые, не существующие в природе вещества и материалы.

К отраслям химической индустрии относятся:

- промышленность синтетических смол и пластмасс;

- минеральные удобрения и средства защиты растений от вредителей и болезней;

- нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленности;

- металлургия, производство новых специальных сплавов;

- производство синтетических каучуков и резиновая промышленность;

- химические волокна, кожевенная и галантерейная промышленность искусственных материалов;

- промышленность строительных материалов;

- бытовая химия (моющие средства);

- фармацевтика;

- кино- и фотоматериалы;

- парфюмерия и косметика;

- производство материалов для пищевой промышленности;

- химические средства пожаротушения, защиты окружающей среды;

- пиротехнические средства и т. д.

Химия как наука в процессе своего развития разделилась на ряд самостоятельных химических наук, таких как неорганическая химия, органическая химия, аналитическая химия, физическая химия, коллоидная химия, химия высокомолекулярных соединений. Развились и такие «пограничные» науки, как биохимия, астрохимия, химия твердого тела и др.

Предмет химии

Окружающий нас мир состоит из различных видов материи: веществ и полей (излучений).

Химия занимается изучением веществ, их строения, свойств и превращений.

Веществом называют материю, имеющую массу покоя (масса – это свойство, характеризующее гравитационно притяжение или инертность частицы при изменении ее состояния) и характеризующуюся постоянными (при постоянных условиях) физическими и химическими свойствами.

Основной характеристикой излучений (полей) является энергия. Как установил А. Эйнштейн, масса и энергия связаны соотношением Е=m∙с², где m- масса, а с-скорость света. Таким образом, масса и энергия – это свойства материи.

Материя изменчива, поэтому одна из главных задач химии –изучение процессов превращения веществ.

Химия изучает природные вещества, раскрывает механизмы природных химических превращений; химия создает новые, полученные искусственным путем, вещества.

Основные понятия химии. Основные положения атомо-молекулярной теории

Признаки, по которым вещества отличаются друг от друга, называются свойствами вещества. Физические свойства и превращения - те, при которых молекула вещества не изменяется. Химические свойства и превращения характеризуются способностью веществ вступать в реакции, что сопровождается превращением молекул и атомов одних веществ в новые молекулы или атомы.

Химический элемент – это совокупность атомов, характеризующихся определенным набором свойств. С развитием представлений о строении атомов понятие химического элемента получило новое содержание: это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра (имеющих один и тот же номер в периодической системе Менделеева).

Простое вещество состоим из атомов одного и того же элемента. Существование простых веществ в нескольких формах называется аллотропией, а отдельные формы (графит и алмаз; белый и красный фосфор) – аллотропными модификациями (видоизменениями).

Химические соединения состоят из атомов не одного, а нескольких элементов, но обладают однородностью. Способность одного и того же соединения в зависимости от условий кристаллизоваться в разных формах, называется полиморфизмом. Способность разных химических соединений образовывать (при определенных условиях) кристаллы одинаковой формы называется изоморфизмом, а сами вещества – изоморфными. Такие вещества могут кристаллизоваться совместно, образуя смешанные кристаллы, называемые твердыми растворами. Изоморфными являются вещества, молекулы которых состоят из одинакового числа атомов и имеющие близкие размеры.

Смеси (простые или механические) – это неоднородные вещества, т. е. составные части отличаются по их характерным свойствам. Кроме неоднородности, смеси отличаются от химических соединений переменным составом; в химических соединениях состав строго определенный.

Основными положениями атомо-молекулярной теории являются следующие.

1. Все вещества состоят из молекул, атомов или ионов. Молекула – это мельчайшая частица, которая еще сохраняет свойства данного химического соединения и может существовать самостоятельно.

2. Молекулы находятся в состоянии постоянного движения. Чем выше температура, тем выше скорость движения. Между молекулами существует взаимное притяжение и отталкивание.

3. Молекулы различных веществ отличаются массой, составом, размерами, строением, химическими свойствами.

4. Молекулы могут состоять из атомов одного и того же элемента (простые) и разных элементов (сложные). Существенно число и расположение атомов в молекуле.

5. Атомы – это мельчайшие частицы элементов, которые нельзя разложить химическим путем (т. е. это носители свойств элемента). Атомы – это электронейтральные частицы, состоящие из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

6. Ионы – это заряженные частицы, которые состоят из отдельных атомов или групп химически связанных атомов, имеющих избыток или недостаток электронов. В зависимости от числа избыточных или недостающих электронов, ионы могут быть одно-, двух- и т. д. зарядными.

Атомная масса (относительная атомная масса А_r) – это масса атома, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.). За а.е.м. принята 1/12 часть массы атома изотопа углерода ¹²С. Изотопами называются атомы одного и того же элемента, отличающиеся массовыми числами, т. е. суммарным числом нуклонов, или числом протонов.

Молекулярная масса (относительная молекулярная масса М_r) – это масса молекулы, выраженная в а.е.м., то есть отношение массы молекулы к 1/12 массы атома ¹²С.

Числовое значение М_r, являющейся безразмерной величиной, совпадает с числовым значением молярной массы М, имеющей размерность моль/дм³. Молярная масса вещества М – это отношение его массы к количеству вещества: М = m/ν (ν – количество вещества в моль).

Моль – это количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода ¹²С.

Вычислено, что в 12 г углерода содержится 6,02∙10²³ атомов. Это число Авогадро. В 1 моль любого вещества содержится 6,02∙10²³ частиц (молекул). Число частиц, содержащихся в 1 моль вещества, называется постоянной Авогадро N_А.

Для газообразных веществ используют молярный объем V_m – это отношение объема газа к его количеству вещества: V_m = V/ν, размерность м³/моль или дм³/моль.