ответы на билеты по КСЕ / Тема 6

Тема 6.

6.1 Развитие знаний о веществе.

Химия – наука с составе, структуре, свойствах и взаимных превращениях различных веществ. Любое вещество состоит из химических элементов и их соединений. Свойства вещества определяются:

- его элементным и молекулярным составом;

- структурой его молекул;

- термодинамическими и кинетическими условиями, в которых вещество находится в процессе химической реакции;

- уровнем химической организации.

История развития химических концепций начинается с древних времен. Демокрит, Эпикур выдвинули концепцию дискретности вещества (всё состоит из атомов). Ок. 470-370 г. до н.э. Аристотель – концепция бесконечной делимости вещества (непрерывного превращения). Алхимия возникла в 3-4 в. н.э. и получило развитие в Западной Европе в 11-16 вв.

Первый по-настоящему действенный способ определения свойств вещества был предложен во второй половине ХVII в. англ. ученым Р.Бойлем. Результаты экспериментальных исследований Р.Бойля показали, что качества и свойства тел зависят от того, из каких материальных элементов они состоят.

В 1860 г. русским химиком А.М.Бутлеровым была создана теория химического строения вещества – возник наиболее высокий уровень развития химических знаний – структурная химия. Согласно этой теории свойства веществ определяются порядком связи атомов в молекулах и их взаимным влиянием.

В этот период зарождалась технология органических веществ. Были получены всевозможные красители для тканей, препараты для фармацеи, искусственный шелк.

Интенсивное развитие автомобильной промышленности, авиации, энергетики и приборостроения в первой половине ХХ в. выдвинуло новые требования к производству материалов. Под влиянием новых требований производства возникло учение о химических процессах, в котором учитывалось изменение свойств вещества под влиянием температуры, давления, растворителей и др. факторов.

В1960-1970 гг. появился следующий, более высокий, уровень химический знаний – эволюционная химия. В её основе лежит принцип самоорганизации химических систем.

Первое определение хим. элемента было сформулировано в 1661 г. Р.Бойлем. Хим. элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Бойль сделал вывод, что качество и свойства элементов зависят от того, из каких химических элементов оно состоит.

В 1748 г. М. В. Ломоносов, в 1789 А. Лавуазье открыли закон сохранения массы вещества: общая масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна общей массе продуктов реакции.

В 1801 г. Пруст сформулировал закон постоянства состава: каждое чистое соединение независимо от способа её получения всегда имеет один и тот же состав.

Вещества

чистые: смеси:

- простые - гетерогенные

(хим. элементы) - гомогенные

- сложные

(хим.соединения)

В нач. 19 в. Д.Дальтон заложил основы химич. атомистики, ввёл понятие атомный вес, установил закон кратных отношений: если 2 химич. элемента образуют друг с другом более одного соединения, то масса одного элемента, приходящаяся на одну и ту же массу другого элемента, относятся как целые числа.

В 1811 г. Авогадро ввел понятие молекула и выдвинул молекулярную гипотезу строения вещества.

Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его основными хим. свойствами, состоящая из атомов, соединенных хим. связями.

В1869 г. Менделеев открыл периодический закон хим. элемента: свойства хим. элементов находятся в периодической зависимости от их атомной массы.

6.2 Периодическая система элементов.

- естественная система химических элементов, разработанная Д. И. Менделеевым на основе открытого им (1869) периодического закона. Современная формулировка этого закона звучит так: свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер. Заряд ядра Z равен атомному (порядковому) номеру элемента в системе. Элементы, расположенные по возрастанию Z (H, He, Li, Be...), образуют 7 периодов. В 1-м — 2 элемента, во 2-м и 3-м — по 8, в 4-м и 5-м — по 18, в 6-м — 32. В 7-м периоде (на 1990) известны 23 элемента. В периодах свойства элементов закономерно изменяются при переходе от щелочных металлов к благородным газам. Вертикальные столбцы — группы элементов, сходных по свойствам. Внутри групп свойства элементов также изменяются закономерно (напр., у щелочных металлов при переходе от Li к Fr возрастает химическая активность). Элементы с Z = 58-71, а также с Z = 90-103, особенно сходные по свойствам, образуют 2 семейства — соответственно лантаноиды и актиноиды. Периодичность свойств элементов обусловлена периодическим повторением конфигурации внешних электронных оболочек атомов. С положением элемента в системе связаны его химические и многие физические свойства. Тяжелые ядра неустойчивы, поэтому, напр., америций (Z = 95) и последующие элементы не обнаружены в природе; их получают искусственно при ядерных реакциях.

Полное научное объяснение периодическая система элементов Менделеева получила на основе квантовой механики. Закон и система Менделеева лежат в основе современного учения о строении вещества, играют первостепенную роль в изучении всего многообразия химических веществ и в синтезе новых элементов.

6.3 Изотопы и новые химические элементы.

ИЗОТОПЫ (от изо... и греч. topos — место), разновидности химических элементов, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Различают устойчивые (стабильные) изотопы и радиоактивные изотопы. Термин предложен Ф. Содди в 1910.

В 1955 г. был синтезирован хим. элемент № 101 (Z=101,A=256), который получил название менделевий.

6.4 Распространенность химических элементов.

Метагалактика:

1) ~ 75% водород

2) ~ 24% гелий

3) ~ 1% все остальные

Земная кора:

1) ~ 47% кислород

2) ~ 27,5% кремний

3) ~ 8,8% алюминий

4) ~ 4,6% железо

5) ~ 3,6% кальций

Атмосфера земли:

1) ~ 78% азот

2) ~ 21% кислород

3) ~ 0,93% аргон

6.5 Химические связи и многообразие химических систем.

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, взаимодействие атомов, обусловливающее их соединение в молекулы и кристаллы. Химическая связь имеет в основном электромагнитный характер. При образовании химической связи происходит перераспределение электронной плотности связывающихся атомов. По характеру этого распределения химические связи классифицируют на ковалентную, ионную,

Валентность - способность атомов образовывать хим. связи.

КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ, вид химической связи; осуществляется парой электронов, общих для двух атомов, образующих связь. Атомы в молекуле могут быть соединены одинарной ковалентной связью (H₂, H₃C-CH₃), двойной (H₂C=CH₂) или тройной (N₂, HCCH). Атомы, различающиеся по электроотрицательности, образуют т. н. полярную ковалентную связь (HCl, H₃C-Cl).

ИОННАЯ СВЯЗЬ, один из видов химической связи, в основе которой лежит электростатическое взаимодействие между противоположно заряженными ионами. Наиболее ярко выражена в галогенидах щелочных металлов, напр., в NaCl, KF.

6.10 Современный катализ.

Катализ – возбуждение хим. реакции или изменение её скорости небольшими добавками специальных веществ – катализаторами. Ингибитор – вещество, замедляющее реакции. Удельный вес катализа всех хим. процессов достигает 80%.

Типы катализа:

1. Гомогенный – когда катализатор и реагирующая система находится в одинаковой фазе, жидкой или газообразной.

2. Гетерогенный – катализатор и система нах-ся в различных фазовых состояниях.

3. Автокатализ – катализатором служит один из продуктов реакции.

4. Ферментативный – катализ, происходящий в живых организмах, где катализаторами служат особые белковые ферменты.

5. Фотокатализ – катализ под действием света.

6. Электрокатализ – под действием электрического поля.

6.11 Перспективные химические процессы.

1. Плазмохимические процессы, обладающие большой высокой производительностью.

2. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез – образуется на реакции горения одного металла в другом или азота, кремния, углерода.

3. Реакция сверхвысокого давления.

от 100 атм – высокое давление

от 1000 атм – сверхвысокое давление