1.2. Атомно-молекулярное учение
Еще ученые древней Греции выдвинули гипотезу о существовании мельчайших частиц – атомов. Накопление фактического материала позволило создать атомно-молекулярное учение. Наибольший вклад в создание атомно-молекулярного учения внесли М.В. Ломоносов и английский ученый Джон Дальтон (1766–1844).
Сущность атомно-молекулярного учения М.В. Ломоносова сводится к следующему:
1. Все вещества состоят из молекул (М.В. Ломоносов называл их «корпускулами»).
2. Молекулы состоят из атомов (М.В. Ломоносов называл их «элементами»).
3. Частицы – молекулы и атомы – находятся в непрерывном движении. Теплота состоит во внутреннем движении этих частиц.
4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, а молекулы сложных веществ – из различных атомов.
Дальнейшими исследованиями было показано, что атомы разных веществ могут отличаться друг от друга зарядом ядра, массой, размерами, химическими свойствами.
1.3. Основные понятия химии
На международном съезде химиков в г. Карлсруэ в 1860 г. были
приняты определения понятий атома и молекулы.
Атом – наименьшая частица химического элемента, входящая в состав простых и сложных веществ.
С точки зрения атомно-молекулярного учения, химический элемент представляет собой каждый отдельный вид атомов.
Молекула – наименьшая частица химического вещества, обладающая всеми его химическими свойствами.
По современным представлениям из молекул состоят лишь вещества, находящиеся в парообразном и газообразном состоянии. Среди веществ, сохраняющих молекулярную структуру в твердом состоянии можно назвать воду, оксид углерода (IV), многие органические вещества. Такие вещества характеризуются низкими температурами плавления и кипения. Большинство же твердых (кристаллических) неорганических веществ состоят не из молекул, а из других частиц (ионов, атомов) и существуют в виде макротел (кристалл хлорида натрия, кусок меди и т.д.).
Учитывая, что важнейшей характеристикой атома является положительный заряд ядра, численно равный порядковому номеру элемента, можно дать современное определение атома и химического элемента.
Атом (совр.) – электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и компенсирующих его заряд электронов.
Химический элемент – каждый отдельный вид атомов, характеризующийся определенным положительным зарядом ядра.
В настоящее время известно более 110 химических элементов. Каждый из них условно обозначается символом элемента или химическим знаком.
Символ элемента представляет собой первую или первую и одну из последующих букв латинского названия химического элемента.
Современную химическую символику разработал шведский ученый Й. Берцелиус (1779–1848).
|
Русское название |
Латинское название |
Символ элемента |
|
Водород |
Hydrogenium |
Н |
|
Кислород |
Oxygenium |
О |
|
Золото |
Aurum |
Аu |
Символ элемента обозначает:
1. Название элемента.
2. Один атом элемента.
3. Один моль атомов этого элемента.
С помощью цифры, стоящей впереди символа элемента, можно обозначить число атомов или количество атомов данного элемента в молях, например:
5Н – пять атомов элемента водорода или пять моль атомов элемента водорода;
3S – три атома элемента серы или три моль атомов элемента серы.
В
свою очередь, ядро атома содержит нуклоны
(протоны
p
и нейтроны
элемента
n)
и большое число других микрочастиц.
Заряд
ядра (Z),
как главная характеристика атома,
обусловлен числом содержащихся в ядре
протонов (
p)
и определяет его порядковый номер в
периодической системе элементов Д.И.
Менделеева.
Основная
масса атома
(m)
сосредоточена в его ядре, так как масса
электронов мала и не вносит существенного
вклада в массу всего атома. Масса
электрона составляет лишь 
от массы протона или нейтрона.
Масса атома фактически складывается из масс всех протонов (Np) и нейтронов (Nn) и характеризуется массовым числом (А).
Массовое число атома какого-либо элемента (А), численно равно сумме общего числа протонов (Np) и общего числа нейтронов (Nn):
A = Np + Nn.
С помощью цифр, расположенных слева или справа, вверху или внизу от символа элемента, можно обозначить массовое число элемента, его порядковый номер, заряд иона или степень окисления элемента, а также число атомов данного элемента в молекуле.
Массовое число Заряд иона
Символ элемента
Порядковый номер Число атомов
в молекуле
Рис. 1.1. Индексы у символа химического элемента.
Например:
Н2 – молекула водорода, состоящая из двух атомов элемента водорода.
Сu2+ – ион меди с зарядом 2+.
С
– атом углерода с зарядом ядра, равным
6 и массовым числом, равным 12.
Многие химические элементы имеют атомы, отличающиеся значением массового числа. Такие элементы представляют собой изотопы данного химического элемента.
Изотопы - атомы одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов, т.е. один и тот же заряд ядра (Z), но отличающиеся числом нейтронов (Nn), а следовательно, и значением массовых чисел (А).
Например, для элемента водорода известны следующие изотопы:
H,
H,
H
H – легкий изотоп водорода,
протий, химический знак – H,
H
– тяжелый изотоп водорода, дейтерий,
химический знак – D,
H
– сверхтяжелый изотоп водорода, тритий,
химический знак – T.
Атомы различных химических элементов, отличающиеся величиной заряда ядра (Z), но характеризующиеся одинаковым значением массового числа (А), называются изобарами.
Например: атомы аргона, калия и кальция с одинаковым массовым числом 40 являются изобарами:
Ar,
K,
Ca.
Состав молекул сложных веществ выражается при помощи химических формул. На основании химической формулы можно дать название вещества и указать его химический состав. Химическая формула обозначает:
1. Одну молекулу или 1 моль молекул вещества.
2. Из каких элементов состоит вещество.
3. Число атомов каждого элемента, содержащихся в молекуле данного вещества.
Например, формула НNО3 показывает:
1. Это азотная кислота.
2. Это 1 молекула азотной кислоты или 1 моль молекул азотной кислоты.
3. Молекула азотной кислоты состоит из элементов водорода, элемента азота и элемента кислорода (качественный состав).
4. В состав молекулы азотной кислоты входят один атом элемента водорода, один атом элемента азота, три атома элемента кислорода (количественный состав).