5)Химияның негізгі түсініктері мен заңдары. Химиялық таңбалар. Атом-молекулалық ілім. Атом, молекула, элемент, зат түсінігі

Атом-молекулалық теориясы: 1748 жылы М.В.Ломоносов ашқан атом-молекулалық ілім химияның ғылыми негізі болып табылады.

1. барлық заттар элементтерден (атомдар) және корпускуладан (молекула) тұрады.

2. бұл бөлшектер үздіксіз қозғалыста болады, яғни жылудың табиғи әсерімен түсіндіріледі.

1. Масса және салмақ түсінігі.

Масса – дененің немесе заттың қасиеті. Масса – гравитациялық өріс көрсету қабылетімен сипатталады да, m – деп белгіленеді. Өлшем бірлігі СИ-жүйесінде – кг, г.

Салмақ – дененің гравитациялық өріспен әрекеттесуі нәтижсінде пайда болатын күш және салмақ еркін түсу үдеуінде (g)-ға тәуелді: h=m*g.

Заттың массасы арнайы таразыларда (иінді, пружиналы) өлшенеді, дене салмағы – динамометрмен өлшенеді. Химияда көбінесе масса түсінігі жиі қолданылады.

2. Салыстырмалы атомдық және молекулалық масса. Массаның атомдық бірлігі.

Атомдар мен молекулалардың абсолютті массасы өте аз шама:

m_а(Н)=1,674*10^-24г,

m_а(С)=1,993*10^-23г,

m_м(Н2О)=2,99*10^-23г.

Мұндай шамалармен есептеулер өте күрделі, ыңғайсыз. 1961 жылдан бастап а.м.б. ретінде көміртегі 12 изотобының атомы массасының 1/12 бөлігі алынған. 1,66-10^-24 г тең. Осыдан, мысалы

A r_(H) – дегеніміз сутегі атомының салыстырмалы массасы, бұл шама сутегі атомы а.м.б. неше сес ауыр екенін көрсететін, өлшем бірліксіз шама. Mr_(H2O) – судың салыстырмалы молекулалық массасы.

Судың салыстырмалы молекулалық массасын – сутегінің және оттегінің салыстырмалы атомдық массаларының қосындысымен есептеуге де болады:

Mr_(H2O)=2*1.0079+15.999=18.015

3. Моль. Молярлық масса. Авагадро тұрақтысы.

СИ – жүйесінде моль – зат мөлшерінің өлшем белгіленуі ν_(Са)=1,2 моль, ν_(NаOH)=3 моль.

Моль дегеніміз – көміртегі С-изотобында 12г қанша атом болса, сонша құрылымдық бөлшектер (молекула, атом, иондар) болатын заттың мөлшері болып табылады. 12г-да 6,02*10²³ құрылымдық бөлшектер болатыны анықталған.

Авагадро тұрақтысы деген осы шама:

Молярлық масса заттың молінің массасы, өлшем бірлігі г/моль. M_(NaOH)=40 г/моль. Молярлық массасы сандық және салыстырмалы молекулалық массаға тең болады:

M=M_r.

Заттың мөлшерімен молярлық массасы массамен төмендегідей қатынаста болады:

немесе m=*M

Заттың молекулалық массасын жеке молекула массасымен Авагадро тұрақтысы арқылы есептеуге болады.

M_(H2O)=2.99*10^-23г*6,02*10²³моль^-1=18г/моль

Жеке атомның немесе молекуланың массасының сандық мәнің м.а.б. немесе Авагадро тұрақтысын қолдана отырып табуға болады:

M_a(Fe)=1.66*10^-24г*56=9.29*10^-23г немесе

5. Химияның негізгі заңдары.

Массаның және энергияның сақталу заңын 1748 жылы М.В.Ломоносов тұжырымдаған: Химиялық реакцияға қатысушы заттардың массасы өзгермейді. 1905 жылы Эйнштейн энергиямен массаның өзара байланысын, тәуелділігін көрсеткен.

E=m*c²

c=3*10⁸м/с

Масса мен энергия материяның бөлінбес қасиеті. Масса энергия өлшемі, ал энергия – материя қозғалысының өлшемі. Сол себептен олар өзара эквивалент (тең) емес, бір-біріне ауыспайды, дегенмен дене энергиясы өзгергенде (Е), оның массасы да өзгереді. Массаның шамалы өзгерісі ядролық химияда жиі байқалады.

Атом молекулалық теория тұрғысынан қарағанда тұрақты массаға ие атомдар жойылмайды, жоқтан пайда болмайды. Бұл тұжырым зат массасының сақталуын көрсетеді және тәжірибе жүзінде дәлелденген. Осы заңға сүйене отырып химиялық теңдеулер құрылады. Реакция теңдеулері арқылы жасалатын сандық есептеулер – стехиометриялық есептеулер деп аталады. Барлық сандық есптеулер негізінде зат массасының сақталу заңы жатады, сонымен өндірісті жоспарлауға, бақылауға болады.

6. Құрам тұрақтылық заңын 1808 жылдары француз ғалымы Пруст тұжырымдаған: кез-келген таза заттың алыну жолдарына қарамастан, сапалық және сандық құрамы тұрақты болады, егер берілген агрегаттық күйде молекулалық құрылымдары болса. Судың құрамында массасы бойынша 11.19% сутегі, 88.81% оттегі болады, бұл сандық құрамы, ал сутегі (Н) мен оттегі (О) элементтері – сапалық құрамын көрсетеді.

Дальтонидтер - бүтін санды коэффициентті, құрамы тұрақты сандар: H₂O, CH₄, HCl, C₆H₆.

Бертолидтер – бөлшекті индексті, құрамы айнымалы, тұрақсыз заттар TіO_0.7-TіO_1.3. Бұларға оксидтер, гидридтер, сульфидтер және т.б. жатады.

7. Еселік қатынас заңын 1803 жылдары ағылшын ғалымы Дальтон ашқан, газ-бу күйіндіге, қосылыстарға тән заңдылық. Дальтонидтердің құрамы секірмелі түрде өзгереді, яғни реакцияға бүтін санды атомдар қатысады, сандық құрылым сапалық құрамға ауысады. Ф.Энгельстің сараптауынша бұл табиғаттың, қоғамның және таным дамуының бүкіл әлемдік заңы, яғни химия сандық құрамы өзгеруі әсерінен болатын дененің сапалық өзгерісі жөніндегі ғылым.

8. Эквиваленттер заңын 1791 жылы Рихтер ашқан. Элемент атомдары бірімен-бірі нақты алынған эквиваленттік қатынаста әрекеттеседі.

СИ жүйесінде эквивалент нақты бөлшектің (Х) 1/z бөлігі. Х – алынған атом, молекула, ион және т.б. Ал z нақты бөлшек байланысатын немесе беретін протон санына тең (нейтралдану эквиваленті), тотығу-тотықсыздану эквиваленті болғанда (Х) бөлшек беретін немесе қосып алатын электрон санына тең. Иондық эквивалент болғанда (z) ион зарядының шамасына тең.

- эквиваленттің молярлық массасы, өлшемі – г/моль. Бұл шама (Х) бөлшектің молярлық массасының (z) санының қатынасына тең.

Мысалы: элементтің молырлық массасының оның валенттілігіне қатынасымен анықталынады. Су молекуласында

Al₂O₃ молекуласында

Эквиваленттер заңы:

Әрекеттесуші заттар массаларының қатынасы олардың эквиваленттерінің молярлық массасының қатынасындай болады.

Математикалық өрнегі:

мұндағы m₁ және m₂ - әрекеттесуші заттар массасы,

және – олардың эквиваленттерінің молярлық массасы.

Егер әрекеттесуші заттардың мөлшері массамен емес, көлеммен сипатталса (V_(x)), онда эквивалент өрнегіндегі молярлық масса (Э) эквиваленттің молярлық ммассасының өрнегімен ауыстырылады.

9. Заттың газ күйінің заңдары.

Газ көлемі газдың табиғатына, массасына және ортаның жағдайына – температура мен қысымға байланысты.

Гей-Люссак заңы бойынша: қысым тұрақты болғанда (Р=const) газдың берілген массасының көлемі абсолюттік температураға тура пропорционал болады.

Бойль-Мариотт заңы бойынша: тұрақты температурада (Т=const) берілген газ массасының көлемі олардың қысымына кері пропорционал болады:

P₁V₁=P₂V₂=P_nV_n=const

Осы екі заңды біріктіре отырып және қалыпты жағдайдағы газдардың күйін P₀, V₀, T₀ деп белгілеп Клапейрон теңдеуін аламыз:

Бұл теңдеу көмегімен кез-келген газ көлемін қалыпты жағдайға келтіруге (қ.ж.) болады:

Қалыпты жағдайда:

Р₀=101,325 кПа, немесе 1 атм. немесе 760 мм сн. бағ.

Т₀=273 К, немесе 0⁰С, V₀=22.4 л.

Тұрақты шамалар қатынасы да тұрақты R-шама.

Газ тұрақтысы деп аталады, берілген жағдайға байланысты өлшем бірлігі әр түрлі болады:

R₁=8.314Дж/моль*К,

R₂=1.987кал/моль*град,

R₃=0.082л*атм/моль*град.

І-теңдеу n-моль газ мөлшері үшін:

P₁V₁= n*RT немесе (ІІ) Клапейрон-Менделеев теңдеуі деп аталады. Бұл теңдеу көмегімен белгісіз заттың (m) массасын, М – молярлық массасын, жүйедегі Р - қысымды, V - көлемімен Т - температураны есептеуге болады.

Авогадро заңы. Мольдік көлем. Газдардың салыстырмалы тығыздығы.

1811 жылы Авагадро ашқан заң анықтамасы: кез-келген газдың бірдей көлемінде бірдей жағдайда молекулалар саны тең (бірдей) болады.

Кез-келген газ немесе бу күйіндегі заттың 1 моль қалыпты жағдайда 22,4 л көлем алады. Бұл көлемді – молярлық көлем деп, Vm – деп белгілейді, өлшемі – л/моль, см³/моль:

Vm=22,4 л/моль

Бірдей көлемдегі, бірдей молекула саны болатын кез-келген газдардың массасының қатынасы, олардың молярлық массасының қатынасындай болады:

Д – газдың салыстырмалы тығыздығы, өлшемі бірліксіз шама. Мұның мәні – берілген газдың массасы осындай көлемдегі басқа газдың массасына қарағанда неше есе ауыр немесе жеңіл екенін көрсеті. Д – салыстырмалы тығыздықты әдетте сутегі бойынша М_(Н2)=2г/моль немесе ауа бойынша М_ауа=29г/моль анықтайды. Салыстырмалы тығыздығын біле отырып белгісіз газдың молярлық массасын немесе массасын анықтауға болады: М₁=Д*М₂ немесе m₁=Д*m₂

Химиялық таңбалар — химиялық элементтердің латын әріптерімен қысқаша белгіленуі. Ол үшін элементтердің латын тіліндегі атауының алғашқы әрпін немесе оған алғашқы әрпінен кейінгі бір әрпін қосып алады. Мысалы, К — калий (Kalіum), F — фтор (Fluorum), N — азот (Nіtrogenіum), Cu — мыс (Cuprum), Ag — күміс (Argentum), Fe — темір (Ferrum), Au — алтын (Aurum), т.б. Барлық элементтердің химиялық таңбалары Д.И. Менделеев жасаған периодтық жүйеде келтірілген. Химиялық элементтердің әрқайсысының химиялық таңбалары оның қандай элемент екендігін көрсетумен қатар, атомдық массасын да білдіреді. “О” таңбасымен берілген элементтің оттек екендігін, оның бір атомнан тұратындығын, атомдық массасы көміртектік бірлікпен есептегенде 16-ға тең екендігін көрсетеді. Химиялық элементтердің осы күнгі таңбалануын Й.Я. Берцелиус ұсынған (1814).

Атом-молекулалық ілім — жаратылыстану және зат бөлшектері туралы теориялардың жинағы.

Атом-молекулалық ілімнің қалыптасып дамуына өз заманында М. В. Ломоносов, Дж. Дальтон, А. Лавуазье, Ж. Пруст, А. Авогадро, Й. Берцелиус, Д. И. Менделеев, А. М. Бутлеров секілді зор үлес қосқан.

Атом – бөлінбейтін бөлшек.

Алғашқыда көне Грецияда бұл ұғым пайда болған.

Молекула – екі немесе одан да көп атомдардан тұратын бөлшек.

Халықаралық Карлсруэ Конгресінде 1860 жылы молекулалар мен атомдар анықтамалары қабылданды.

Химиялық элементтер — ядродағы зарядтары бірдей болып келетін атомдар тобы. Табиғатта кездесетін барлық жай және күрделі заттар химиялық элементтерден түзіледі.

Менделеев кестесінде 118 немесе 126 элемент бар.

118 элемент ол - табиғаттағы жағдайларда табылса, қалған 8 элемент лабораторияда жасалған.

Зат – тыныштық массасы мен шектелген пішіні бар бөлшекті нысандардың жиынтығы.