л

Лекции по общей химии Введение.

Химия одна из древнейших наук. Зародилась в Египте – технически самой передовой стране древнего мира примерно 3000 лет назад. Чаще всего слово» химия» связывают с названием древнего Египта «ХЕМИ». На основе химии развивались такие отрасли, как выплавка и обработка драгоценных металлов (еще одно из возможных происхождений термина «химия»- от древнегреческого «хима» - искусство выплавки металлов, по древнекитайскому «ким» - золото), стеклоделие, крашение. Эти процессы проводились задолго до нашей эры. В Египте химия считалась божественной наукой и целиком находилась в руках жрецов. В Европу сведения о химии проникли через Византию, а затем через Испанию после завоевания ее арабами, которые добавили к ней приставку «ал». Понятие «алхимия» - это целая эпоха в истории химической науки. Алхимия считалась самой загадочной наукой для непосвященных: яды, противоядия, получение золота и удивительные опыты, которые даже в наш весьма просвещенный век вызывают удивление. Алхимией занимались ученые и философы. Еще один из возможных происхождений термина «химия» - «Хемес» - сокращенное имя легендарного мудреца Гермеса Трисмегиста. На его могиле каменная плита с надписью о способе получения философского камня».

Химия наряду с физикой и математикой является фундаментальной естественнонаучной дисциплиной. Центральным объектом химии являются вещества и их превращения, сопровождающиеся изменением их структуры и состава. Химия изучает вещества и их превращения, сопровождающиеся изменением внутреннего строения вещества и электронной структуры взаимодействующих атомов, без изменения структуры ядер. Соответственно при химическом процессе изменяется состав вещества и образуются новые вещества. Изменение структуры ядер атомов, изменение формы или агрегатного состояния – это физические процессы. Есть еще физико-химические процессы (протекает как физический, так и химический процессы), например, процесс растворения.

Современная химия представляет собой систему отдельных научных дисциплин, количество которых растет в процессе научно-технического прогресса: общая и неорганическая, физическая, электрохимия, радиохимия, квантовая химия, химия окружающей среды, экологическая химия, нанохимия (область химии, связанная с получением и изучением физико-химических свойств частиц, имеющих размеры в несколько нанометров, - наночстиц, которые обладают высокой реакционной способностью в широком интервале температур.

Изучение химии мы начнем с общей химии – раздела химии, в котором рассматриваются основные закономерности строения атомных и молекулярных частиц, химической связи и взаимодействия веществ на основе Периодического закона и Периодической системы Д.И.Менделеева. Основные законы, теории и положения общей химии составляют фундамент всех разделов химии. Во 2 семестре будут изучаться разделы из неорганической химии, физической и аналитической химии, а также химии полимеров.

Основные законы химии.

Современная химия базируется как на фундаментальных законах естествознания, так и на специфических законах, которые применимы только к химическим процессам. К фундаментальным законам относятся:

- закон сохранения массы и энергии;

- периодический закон.

Основные законы химии, кроме Периодического закона, студенты изучают самостоятельно. Закон эквивалентов – на практических занятиях.

Закон сохранения и энергии сформулирован Мих. Вас. Ломоносовым (1748г. –сформулировал, а 1756г. – экспериментально доказал), ав 1789 году французским химиком Антуаном Лавуазье, которому отрубили голову во время Великой французской революции (первый ученый, пострадавший от революционных властей).

Формулировка А. Лавуазье (более общая): «… до начала эксперимента и после него существует равное количество материи..». Философы-материалисты рассматривают материю как объективную реальность. Существующую вне нашего сознания. Известны две формы существования материи – вещество и поле (электромагнитное, гравитационное, электростатическое, поле ядерных сил, биополе существуют вокруг объектов живой и неживой природы; поле делокализовано, т.е. физические параметры, его характеризующие, равномерно распределены в пространстве). Вещество – это материальное образование, состоящее из атомных и молекулярных частиц, имеющих собственную массу или массу покоя. Масса – это количественная характеристика вещества. Все тела, обладающие массой покоя (покой относительный), можно назвать веществом. Абсолютного покоя не существует. Фотоны, например, не обладают собственной массой, это не вещество.

Современная трактовка и М.В.Ломоносова: Масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Закон сохранения массы дает материальную основу для составления уравнений химических реакций (расстановка коэффициентов). А также производить расчеты по химическим уравнениям.

Энергия – это способность системы совершать работу при переходе из одного состояния в другое. Система – это то, что мы выбрали в качестве объекта исследования (совокупность веществ, тел, объектов живой и неживой природы со связями между ними, мысленно или реально выделенных из окружающего пространства). Закон сохранения массы не отделим от закона сохранения энергии: энергия в химических реакциях не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а переходит из одного вида в другой в эквивалентных количествах. В современной науке закон формулируется в общем виде для массы и энергии: В изолированной системе сумма масс и энергий постоянна (изолированная система – нет обмена веществом и энергией с окружающей средой).

В 1905 году основоположник современной физики А. Эйнштейн показал, что между массой и энергией существует взаимосвязь, количественно выраженная уравнением:

Е = mc², где Е – энергия; m – масса; с – скорость света в вакууме, с = 2,998 10⁸ м/с = 300000км/с.

Из этого уравнения следует, что незначительные изменения массы системы приводят к коллосальному изменению энергии, что обычно наблюдается только при ядерных реакциях. Почему мы не наблюдаем изменение массы в химических реакциях? Потому что тепловые эффекты при химических процессах порядка нескольких килоджоулей (кДж), что, согласно уравнению Эйнштейна, соответствует дефекту массы 10^-9 – 10^-10г. Эта величина лежит за пределами чувствительности любых аналитических и даже ультрамикровесов. Таким образом, в химических реакциях тоже происходит изменения массы, но они настолько малы, что ими можно пренебречь.

Периодический закон и Периодическая система Д.И, Менделеева является естественной систематикой атомов химических элементов. Будет отдельная лекция. Химический элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Заряд ядра равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Физический смысл периодического закона вскрыло учение о строении атома.