Теоретические основы общей химии Лекция 1
1. Предмет химии
Химия как раздел естествознания. Понятие о формах материи: вещество и поле. Специфичность химической формы движения материи. Связь химии с другими науками. Понятие химической системы и химической реакции. Значение химии для инженеров избранной специальности, в технологических и экономических вопросах народного хозяйства. Химия и охрана окружающей среды. Роль химии в решении экологических проблемах.
Основой современного научного мировоззрения является положение: в мире нет ничего, кроме движущейся материи.
Материя – философское понятие для обозначения объективной реальности существующей независимо от сознания человека и данной ему в ощущениях.
Известны две физические формы существования материи – вещество и поле.
Вещество – материальное образование, состоящее из частиц, имеющих собственную массу, т.е. это материя на разных стадиях ее организации: элементарные частицы – ядра атомов – атомы – молекулы – атомные, ионные или молекулярные агрегации (твердые тела, жидкости, газы) и т.д.
Поле – материальная среда, посредством которой осуществляется взаимодействие между частицами вещества или отдельными телами. Например, гравитационное, электромагнитное поля, поле ядерных сил. Основной характеристикой этой формы, материи является энергия.
Основным свойством материи, способом ее существования является движение. Количественной мерой движения материи служит энергия. Между массой и энергией существует взаимосвязь, количественно выражаемая уравнением Эйнштейна: E = m·c2, где E – энергия, m – масса, c – скорость света в вакууме.
Формы движения взаимосвязаны и взаимопревращаемы между собой. Например, атомы могут образовывать молекулы, молекулы разрушаясь, образуют атомы. Формы движения материи изучают разные естественные науки: химия, физика, биология и др. Формы движения могут переходить друг в друга. Например, химическая форма – в электрическую и т.д.
Химия изучает химическую форму движения материи, под которой понимают качественное изменение веществ, т.е. превращение одних веществ в другие. При химических процессах происходит обмен между атомами, разрушение одних связей и возникновение других. В результате химических процессов возникают новые вещества с новыми химическими и физическими свойствами.
Таким образом, химия – это наука, изучающая состав, строение, свойства веществ, их превращения и явления, сопровождающие эти превращения.
Современная химия – это разветвленная система многих наук: общей химии, электрохимии, биохимии и т.д.
Общая химия изучает общие законы и концепции химии, включая периодический закон, теорию химической связи, основные закономерности химических процессов, учение о растворах, окислительно-восстановительные реакции (ОВР) и пр.
Объектом изучения химии являются химические элементы и их соединения.
Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядер. В свою очередь атом – это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства.
Молекула – наименьшая частица вещества, способная к самостоятельному существованию, обладающая его основными химическими свойствами. Она состоит из одинаковых или различных атомов. Если молекулы состоят из одинаковых атомов, то вещество называется простым. Например, He, Fe, H2, O2, O3, P4, S8.
Простое вещество является формой существования химического элемента в свободном состоянии.
Если молекула вещества состоит из разных атомов, то вещество называют сложным, или химическим соединением. Например, CO2, H2O, NH3, H2SO4, NaOH, KCl и т.д. Любое вещество характеризуется составом (природой и числом атомов в молекуле), строением (пространственным расположением атомов в молекуле) определенными физическими и химическими свойствами.
Химические свойства вещества характеризуют его способность участвовать в химических реакциях, т.е. процессах превращения одних веществ в другие. Например, стальная конструкция постепенно превращается в ржавчину; топливо в двигателе – в выхлопные газы; вино – в уксус.
Химические процессы могут протекать с изменением химического состава вещества, т.е. химическими реакциями и без изменения (например, фазовые переходы: вода при 100°С превращается в пар, при 0°С – в лед).
Часто процессы записывают в виде уравнений химических реакций или схем процесса:
Совокупность веществ, находящихся во взаимодействии и мысленно выделенная из окружающей среды, называется системой. Например, атом H (система из ядра и электрона), водный раствор различных солей (система из H2O и соли), смесь газов над поверхностью катализатора (система H2, N2 и катализатора – пористое Fe).
Химия связана с другими естественными науками. Химические реакции играют важную роль в физических, биологических, геологических и других процессах.
Связь между различными науками очень тесная. На стыках наук возникают новые науки, например, биохимия, геохимия, ядерная химия, космохимия и др.