Основні закони хімії.

Із вчення про атоми і молекули випливає закон сталості складу, який відкрив французький хімік Пруст, що можна сформулювати так: кожна індивідуальна молекулярна сполука має сталий якісний і кількісний склад незалажно від способу її добування. Нприклад, розглянемо склад карбон диоксиду СО₂ (вуглекислий газ). Ця молекула складається з карбону і оксигену – якісний склад. Вміст карбону – 27,27%, оксигену – 72,73% (або один атом карбону і два атоми оксигену)- кількісний склад. В усіх випадках хімічно чистий крабон диоксид матиме зазначений вище склад, незалежно від способу його добування.

Склад речовини можна виразити за допомогою хімічної формули, яка показує кількісний і якісний склад, а також одну молекулу речовини. Наприклад:

2Н₂ індекс Індекс показує кількість атомів елементу, що входять до

 складу молекули. Коефіцієнт показує кількість окремих атомів

коефіцієнт або молекул.

Найважливішою характеристикою атома і молекули є їх маса. Сучасні методи дослідження дають можливість визначити надзвичайно малі маси атомів з великою точністю, але застосовувати їх в повсякденній практиці і хімічних розрахунках незручно. В зв’язку з цим була введена особлива одиниця - атомна одиниця маси (а.о.м.), яка дорівнює 1/12 частині маси атома карбону.

1 а.о.м. = 1/12 m_AC = 1,667^.10^-24г = 1,667^.10^-27 кг.

Величина, одержана в результаті порівняння мас атомів хімічних елементів з 1/12 частиною маси атома карбону, є безрозмірною і називається відносною атомною масою елемента і позначається А_r (r – relative).

Відносну молекулярну масу речовини визначають різними експериментальними методами. За формулою речовини, відносну молекулярну масу обчислюють додаванням відносних атомних мас елементів

M_r =A_r(E₁)n₁+ A_r(E₂)n₂+ A_r(E₃)n₃ + ….

За хімічною формулою і відносною молекулярною масою речовини можна обчислити масову частку елемента у речовині. Масова частка елемента у речовині () показує, яку частину складає маса атомів елементу від маси молекули речовини:

(E) = A_r(E)n .

M_r

Кількість речовини – це фізична величина, яка показує число структурних елементів (атомів, молекул, йонів, електронів і ін) в системі. Кількість речовини позначають грецькою літерою . Одиницею кількості речовини є моль.

Моль – кількість речовини, яка містить стільки частинок (атомів, молекул і ін.), скільки міститься атомів в 12 грамах вуглецю. А скільки атомів міститься в 12 г. вуглецю?

; .

Число N_A= 6,02^.10²³ моль^-1 називається сталою Авогадро. Отже, 1 моль речовини містить 6,02^.10²³ частинок. Застосовуючи поняття “моль” необхідно вказувати про які структурні одиниці йде мова.

1 моль атомів гідрогену 1 моль Н

1 моль газоподібного водню 1 моль Н₂

Молярна маса М – це маса одного моль речовини. Чому дорівнює молярна маса?

М = маса молекули х число молекул в 1 моль. Маса однієї молекули дорівнює М_r =, звідкиm_мол = М_r ^.1,66^.10^-24;

M = M_r^.1,66^.10^-24. 6,02^.10²³моль^-1=М_r^.1 г/моль

M = М_r^.1 г/моль

Молярна маса чисельно дорівнює відносній молекулярній масі.

Стехіометричні закони – закони хімії, які описують вагові і об’ємні співвідношення між реагуючими речовинами. До них відносять: Закон сталості складу, закон збереження маси речовини, закони Авогадро та інші.

Відомо, що в газах при малих тисках відстані між молекулами в тисячи разів більше ніж розміри самих молекул. Тому об’єм газів визначається головним чином кількістю молекул і відстанню між молекулами. При однакових тиску і температурі відстань між молекулами в різних газах приблизно однакові. У 1811 році італійський вчений А.Авогадро сформулював закон: в рівних об’ємах різних газів при однакових умовах міститься однакова кількість молекул. Авогадро також показав, що молекули газів – простих речовин складаються з двох атомів (Н₂, О₂, Сl₂).

Як уже з’ясовано, моль будь якої речовини містить 6,02^.10²³ молекул. Із закону Авогадро випливає, що 6,02^.10²³ молекул будь-якого газу при однакових умовах будуть займати однаковий об’єм. Можна розрахувати, який об’єм буде займати 1 моль різних газів при нормальних умовах (н.у. – атмосферний тиск 760 мм ртутного стовпа і температура О⁰С). Цей об’єм можна обчислити за формулою , де М – молярна маса; - густина газу (тобто маса 1 л газу при н.у.). Наприклад:  (Н₂) = 0,09 г/л; (О₂) = 1,43 г/л(О₂);

(N₂ ) = 1,25 г/л.

Обчислимо об’єм цих газів за формулою:

V(H₂)=л/моль; V(O₂) = л/моль; V(N₂) = л/моль.

І наслідок закону Авогадро: об’єм газу, який займає моль будь-якого газу при нормальних умовах, називається молярним об’ємом. Молярний об’єм будь-якого газу при нормальних умовах дорівнює 22,4 л/моль.

ІІ наслідок закону Авогадро: відносна густина одного газу по іншому дорівнює відношенню густини першого газу до густини другого газу.

D = ; оскільки , то D = .

Згідно з першим наслідком закону Авогадро, при однакових умовах молярний об’єм різних газів однаковий, отже , тому

D = . Висновок: відносна густина одного газу по іншому дорівнює відношенню їх молярних мас (обо відносних молекулярних мас). Найчастіше відносну густину газу визначають за воднем або за повітрям

D(H₂) = ; D(повітря)=.

29 – це середня молярна маса повітря. Оскільки повітря складається з 4 об’ємів азоту і 1 об’єму кисню, то:

М(повітря) = = 28,8~29 г/моль.

Відносна густина показує, у скільки разів один газ важче за інший. Наприклад, відносна густина кисню за воднем дорівнює 16, D(H₂)== 16.Отже, кисень важче за водень у 16 разів.

Один з основних законів хімії – закон збереження маси речовин – відкритий і експериментально підтверджений великим російським вченим М.В.Ломоносовим у 1748 р. Цей закон можна сформулювати так: в ізольованій системі маса речовин, що вступилив реакцію, дорівнює масі речовин, що утворилися внаслідок реакції. Закон збереження маси речовини є приватним випадком загального закону природи – закону збереження матерії і руху. У 1789 році французький хімік Лавуазьє підтврдив експериментально закон збереження маси речовин і зробив висновок, що під час хімічних реакцій маса кожного атому не змінюється, тому і загальна маса речовин не змінюється. Закон збереження маси речовин лежить в основі кількісих розрахунків хімічних реакцій, і обумовлений тим, що при хімічній взаємодії атоми не зникають і не виникають.

Хімічне рівняння – це вираз хімічної реакції за допомогою хімічних формул. Ліва частина хімічного рівняння містить формули речовин, які вступають в реакцію – вихідні речовини. Права частина хімічного рівняння містить речовини, які утворилися в результаті реакції (продукти реакції).

Наприклад, схема горіння магнію: Mg + O₂ MgO.

Згідно закону збереження маси речовин, кількість атомів кожного елементу в лівій і правій частинах рівняння повинно бути однаковим. Для цього ставлять коефіцієнти. Таким чином, хімічне рівняння горіння магнію в кисні потрібно записати так:

2Mg + O₂ = MgO

2^. 24=48 + 16^.32=32 2(24+16)=80

80. 80

Якщо правильно розуміти, що приховується за символами і формулами, хімічне рівняння може дати надзвичайно широку інформацію про реакцію. Наприклад, рівняння 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О показує, що реакція протікає між простими речовинами воднем і киснем. В результаті утворюється складна речовина – вода. Це якісна інформація. Рівняння дає і кількісну характеристику процесу: в реакцію вступає дві молекули водню і одна молекула кисню. Число молекул, які прийняли участь в реакції, показує коефіцієнт перед формулою речовини. Оскільки моль будь-якої речовини містить однакову кількість молекул, наведене рівняння може дати і інформацію щодо кількості речовини: два моль водню взаємодіють з одним моль кисню і утворюється два моль води. Знаючи молярні маси реагуючих речовин, рівняння можна прочитати і так: 4 г водню вступає в реакцію з 32 г кисню і утворюється 36 г води. Нарешті, оскільки в реакцію вступають газоподібні речовини і враховуючи, що однакова кількість речовини займає однаковий об’єм, можна зробити висновок, що 2 об’єма водню взаємодіють з 1 об’ємом кисню, утворюючи два об’єми водяних парів. Вся ця інформація дозволяє використовувати хімічні рівняння для виконання різних хімічних розрахунків.

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

n=2моль 1 моль 2 моль

М=2^.2г/моль 32 г/моль 2^.18 г/моль

m= 4г 32 г 36 г

V= 2^.22,4=44,8л 22,4 л 2^.22,4 =44,8 л

У 1869 роцiросiйський вчений Д.I.Менделєєв вiдкрив перiодичний закон.

Властивостi елементiв i iх сполук знаходяться в перiодичнiй залежностi вiд атомних мас елементiв. Перiодичний закон – це основний закон хімії.

Перiодична система - це графiчне зображення перiодичного закону. З будовою періодичної системи ми познайомилися на минулій лекції. (Актуалізація попередніх знань)

Крім груп і підгруп у періодичній системі є ряди подібних елементів, які розташовані в одній і тій самій групі і в одному періоді. Ці ряди елементів називаються родинами . Так, до родини заліза належать залізо, кобальт і нікель; до платинових металів входить шість елементів (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), до родини лантаноїдів – елементи з порядковими номерами 57-71, які дуже подібні між собою, родина актиноїдів містить чотирнадцять елементів з порядковими номерами 90-103, що йдуть за актинієм і дуже подібні між собою за властивостями. Лантаноїди та актиноїди здебільшого виносять у самостійні ряди, які розташовують внизу періодичної системи елементів.

В періодичній системі властивості елементів, їхні атомні маси, валентність, хімічний характер змінюються як у групах, так і в періодах в певній послідовності. Знаючи положення елемента в таблиці, можна досить точно визначити його властивості.