1 коллоквиум / khimia

1)Химия есть наука о веществах, их свойствах и превращениях. Она является важнейшей областью современного естествознания.

Место химии в системе естественных паук определяется специфичной только для нее формой движения материи. Химическая форма движения материи определяется движением атомов внутри молекул, протекающим при качественном изменении молекул. Атомы, молекулы, макромолекулы, ионы, радикалы, а также и другие образования являются материальными носителями химической формы движения материи. Ассоциация и диссоциации молекул также следует отнести к химической форме движения молекул. Химическая форма движения качественно неисчерпаема, бесконечна в своих проявлениях.

Зарождение химии связано с развитием химических процессов и ремесел, таких как выплавка металла, пивоварение, дубление кож и крашение, которые давали практические сведения о поведении веществ. Долог, поучителен и интересен путь ее развития.

К основным этапам в истории химической пауки можно отнести:

1-й этап. С древних времен до конца XVIII века. Алхимический период, Работ. Р.Бойля.

2-й этап. Химия как наука. Работы Ломоносова, Дальтона, Лавуазье.

3-й этап. XIX и. Атомно-молекулярная теория, формирование фундаментальных теоретических основ химии. Открытие Менделеевым Д.И. периодическою закона 1809 году.

4-й этап. Современный период успешного возрождения химии. Научные и практические исследования в области химии.

Изучение природы составляет задачу естественных наук, к которым относится и химия. Химия — это наука об элементах и образуемых ими соединениях, наука о строении, свойствах и химических превращениях этих соединений.

Образование и разрушение химических соединений, изменение их состава и структуры связано химической формой движения материи. Химия занимается изучением химической формы движения материи, взаимосвязью и взаимопереходами между нею и другими формами движения мaтерии. Отсюда следует, что химия тесно связана с физикой, биологией, геологией и другими науками. Это отражает одно из основных положений диалектического материализма о всеобщей связи и взаимодействии явлений в природе и обществе.

Химия играет огромную роль в жизни современного общества. Химия вторгается во все области науки, техники, производства, сельского хозяйства, быта, внося революционные преобразования в привычные процессы и методы, экономя труд, средства, время и материалы, увеличивая народное богатство. Сейчас особенно подтверждаются слова великого русского ученого М. В. Ломоносова: „Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие

Эмпедокл (487-424 до н.э.),, знаток ремесел и врач-практик, создал первую известную классификацию материального мира. Он предложил не одну, а четыре первичных субстанции (первостихии, первоэлементы) – огонь, воздух, вода, земля. Каждый из первоэлементов он описывал сочетанием четырех неизменных качеств – сухости, влажности, тепла и холода. Эмпедокл считал, что многообразные вещества образуются в результате сочетания мельчайших осколков первоэлементов. Он впервые использовал применительно к веществу понятия "объединение" и "разъединение".

2) МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ – раздел молекулярной физики, изучающий свойства вещества на основе представлений об их молекулярном строении и определенных законах взаимодействия между атомами (молекулами), из которых состоит вещество. Считается, что частицы вещества находятся в непрерывном, беспорядочном движении и это их движение воспринимается как тепло.

Газовое состояние – одно из тех состояний вещества, описание которого на основе методов молекулярно-кинетической теории уже с самого начала ее развития дало наиболее полные и ощутимые результаты. В первую очередь это относится к так называемому идеальному газу, молекулы которого большую часть времени проводят в состоянии свободного хаотического движения, резко меняя свою скорость лишь в моменты кратковременных столкновений. Молекулярно-кинетическая теория успешно объясняет все известные экспериментальные законы идеального газа (уравнение состояния Менделеева – Клапейрона PV=nRT).

Периоди́ческая систе́ма хими́ческих элеме́нтов (табли́ца Менделе́ева) — классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса (по-современному, от атомной массы). Всего предложено несколько сотен[1] вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и т. п.). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу.

Период — строка периодической таблицы. Хотя для групп, как уже говорилось выше, характерны более существенные тенденции и закономерности, есть также области, где горизонтальное направление более значимо и показательно, нежели вертикальное — например, это касается f-блока, где лантаноиды и актиноиды образуют две важные горизонтальные последовательности элементов.

Периодическая система Д. И. Менделеева стала важнейшей вехой в развитии атомно-молекулярного учения. Благодаря ей сложилось современное понятие о химическом элементе, были уточнены представления о простых веществах и соединениях.

Химия тесно связана с физикой. «И эти две науки, - писал Ломоносов, - так соединены между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут».

Химия соприкасается также с другими естественными науками и особенно с геологией и биологией. На границе между химией и геологией возникла геохимия, изучающая поведение химических элементов в земной коре и космосе.

На границе между химией и биологией успешно развиваются биохимия, бионеорганическая и биоорганическая химия, которые рассматривают химические процессы в живых организмах.

Космохимия изучает состав космических тел и миграцию элементов во Вселенной. 

3) Химия – наука о превращениях веществ, связанных с изменением электронного окружения атомных ядер. Вещество – вид материи, которая обладает массой покоя. Состоит из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов, мезонов и др. Химия изучает главным образом вещество, организованное в атомы, молекулы, ионы и радикалы. Такие вещества принято подразделять на простые и сложные (хим. соединения). Простые вещества образованы атомами одного хим. элемента и потому являются формой его существования в свободном состоянии, напр. сера, железо, кремний, золото, алмаз. Веществ очень много. В настоящее время ученые знают около 4 млн. органических и около 100 тыс. неорганических (минеральных) веществ. Их классифицируют по различным признакам. Так, все известные вещества можно разделить на три группы: простые, сложные и смеси. Существуют многие другие классификации веществ. Важнейшая задача химии - получение веществ с заранее заданными свойствами, интенсификация промышленных производств и создание безотходных технологий химических превращений. Следует особо отметить, что любые химические превращения веществ сопровождаются изменением энергии. 

Химию можно разделить на три большие части: общую, неорганическую и органическую. Общая химия рассматривает закономерности, относящиеся ко всем химическим превращениям. Неорганическая химия изучает свойства и превращения неорганических (минеральных) веществ. Органическая химия изучает свойства и превращения органических веществ.

Понятия атом, химический элемент и простое вещество не следует смешивать. Атом — конкретное понятие, так как атомы существуют реально. Химический элемент — это собирательное, абстрактное понятие; в природе химический элемент существует в виде свободных или химически связанных атомов, то есть простых и сложных веществ.

Неорганическая химия занимается изучением химической природы элементов и их соединений, за исключением большинства соединений углерода

Органическая химия изучает соединения, состоящие в основном из углерода и водорода. Поскольку атомы углерода могут соединяться друг с другом с образованием колец и длинных цепочек, как линейных, так и разветвленных, таких соединений существует сотни тысяч. Из органических соединений состоят уголь и нефть, они составляют основу живых организмов. Химики-органики научились получать из угля, нефти, растительных материалов синтетические волокна, пестициды, красители, лекарства, пластики и множество других полезных вещей

4) Минерал - это результат природных физико-химических процессов в земной коре. Все виды процессов образования минералов, можно разделить на две основные группы.

Эндогенные процессы (глубинные), связанные с внутренними источниками энергии литосферы. Связаны с магматической деятельностью, и поэтому протекают в недрах Земли. Внедрившаяся в земную кору магма застывает, образуя горные породы, а выделяемые ей водные и газовые растворы переносят химические вещества, которые откладываются в трещинах, пустотах породы и образуют минералы. 

 Экзогенные процессы образования (поверхностные), связанные с внешними источниками энергии. Эти процессы протекают на поверхности литосферы, в гидросфере, иногда в атмосфере. Они связаны с выветриванием (разрушением) горных пород и минералов, вследствие которых, образуются другие породы и минералы, более устойчивые к этой среде. К экзогенному типу, следует отнести и процессы образования минералов, в результате жизнедеятельности биосферы Земли. Такие процессы, называются - биогенными.

5)Во все времена химия служит человеку в его практической деятельности. Еще в древности возникли ремесла, в основе которых лежали химические процессы: получение металла, стекла, керамики, красителей. Большую роль играет химия в современной промышленности. Химическая и нефтехимическая промышленность являются важнейшими отраслями, без которых невозможно функционирование экономики. Среди важнейших продуктов химии следует назвать кислоты, щелочи, слои, минеральные удобрения, растворители, масла, пластмассы, каучуки и резины, синтетические волокна и многое другое. В настоящее время химическая промышленность выпускает несколько десятков тысяч наименований продукции. Исключительно важную роль играют химические продукты и процессы в энергетике, которая использует энергию химических реакций. Для энергетических целей используются многие продукты переработки нефти (бензин, керосин, мазут) , каменный и бурый уголь, сланц и торф. В связи с уменьшением природных запасов нефти вырабатывается синтетическое топливо путем химической переработки различного природного сырья и отходов производства. Развитие многих отраслей промышленности связано с химией: металлургия, машиностроение, транспорт, промышленность строительных материалов, электроника, легкая, пищевая промышленность- вот неполный список отраслей экономики, широко использующих химические продукты и процессы. Во многих отраслях применяются химические методы, например, катализ (ускорение процессов), химическая обработка металлов, защита металлов от коррозии, очистка воды. Большую роль играет химия в развитии фармацевтической промышленности: основную часть всех лекарственных препаратов получают синтетическим путем. Исключительно большое значение химия имеет в сельском хозяйстве, которое использует минеральные удобрения, средства защиты растений от вредителей, регуляторы роста растений, химические добавки и консерванты к кормам для животных и другие продукты. Использование химических методов в сельском хозяйстве привело к возникновению ряда смежных наук, например, агрохимии и биотехнологии, достижения которых в настоящее время широко применяются в производстве сельскохозяйственной продукции.

6)Аллотро́пия  - существование двух и более простых веществ одного и того же химического элемента, различных по строению и свойствам - так называемых аллотропных (или аллотропических) модификаций или форм( Водород- орто и пара; углерод -алмаз, графит, фуллерен, карбин, графен и др; сера- множество аллотропных модификаций: ромбическая( лимонно-желтые кристаллы) , моноклинная(темно- желтые кристаллы) , пластическая( резино-подобная масса темно- кор. цвета). В настоящее время известно более 400 разновидностей простых веществ. Способность элемента к образованию аллотропных форм обусловлена строением атома, которое определяет тип химической связи, строение молекул и кристаллов.

Самородные Ме- класс минералов, химический состав которых отвечает химическим элементам. Среди самородных элементов (около 80 минералов) различают самородные металлы, полуметаллы и неметаллы. Среди металлов наиболее распространены самородные Cu, Au, Ag, Pt . Реже встречаются самородные Bi, Sn, Hg; весьма редки Pb, Zn. Неоднородность состава самородных элементов нередко обусловлена наличием в них примесей других элементов, образованием структур распада твёрдых растворов. Найдены также природные сплавы: бронзы, латуни, амальгамы и др.

Из самородных полуметаллов и неметаллов наиболее распространены аллотропные модификации углерода (алмаз, графит и др.) и серы (а-, b- и g-модификации), образующие собственные месторождения. Сравнительно редкими являются самородные As, Sb, Se, Te.

Промышленное значение имеют месторождения самородных Au, Ag, Pt, Cu, алмаза, графита, серы, отчасти также Sb, As, Hg. Малые количества самородных элементов важны как индикаторы условий породо- и рудообразования.

7) Сера- неметаллический химический элемент, член семейства халькогенов (O, S, Se, Te и Po) – IVA подгруппы периодической системы элементов. Cера, как и многие ее применения, известны с далекой древности. Сера жизненно необходима для роста растений и животных, она входит в состав живых организмов и продуктов их разложения, ее много, например, в яйцах, капусте, хрене, чесноке, горчице, луке, волосах, шерсти и т.д. Она присутствует также в углях и нефти.

Применение. Около половины ежегодного потребления серы идет на производство таких промышленных химических продуктов, как серная кислота, диоксид серы и дисульфид углерода (сероуглерод). Кроме того, сера широко используется в производстве инсектицидов, спичек, удобрений, взрывчатых веществ, бумаги, полимеров, красок и красителей, при вулканизации каучука. Ведущее место в добыче серы занимают США, страны СНГ и Канада.

Серу используют для производства серной кислоты, изготовления спичек, черного пороха, бенгальских огней, для борьбы с вредителями сельского хозяйства и лечения болезней, в производстве красителей, взрывчатых веществ, люминофоров.

Сероводород идет на производство серы, сульфитов, тиосульфатов и серной кислоты, в лабораторной практике – для осаждения сульфидов.

Оксид серы (IV) применяется в производстве серной кислоты, сульфитов, тиосульфатов, для отбеливания шелка, шерсти, как средство для дезинфекции, для консервирования фруктов и ягод.

Оксид серы (VI) применяется для получения серной кислоты и олеума, используется в производстве азотной кислоты.

Серная кислота – один из важнейших продуктов основной химической промышленности. Служит электролитом в свинцовых аккумуляторах. Применяется в производстве фосфорной, соляной, борной, плавиковой и др. кислот. Концентрированная серная кислота служит для очистки нефтепродуктов от сернистых и непредельных органических соединений. Разбавленная серная кислота применяется для удаления окалины с проволоки и листов перед лужением и оцинкованием, для травления металлических поверхностей перед покрытием хромом, никелем, медью и др. Серная кислота – необходимый компонент нитрующих смесей и сульфирующее средство при получении многих красителей и лекарственных веществ. Благодаря высокой гигроскопичности применяется для осушки газов, для концентрирования азотной кислоты.

Распространенность в природе. Сера встречается в свободном состоянии (самородная сера). Кроме того, имеются огромные запасы серы в виде сульфидных руд, прежде всего руд свинца (свинцовый блеск), цинка (цинковая обманка), меди (медный блеск) и железа (пирит).

Свойства. Сера имеет вид желтого порошка или хрупкой кристаллической массы без запаха и вкуса и нерастворима в воде. Для серы характерны несколько аллотропных модификаций. Наиболее известны следующие: кристаллическая сера – ромбическая (самородная сера, a-S) и моноклинная (призматическая сера, b-S); аморфная – коллоидная (серное молоко) и пластическая.Большая часть получаемой кислоты идет на производство минеральных удобрений (суперфосфат, сульфат аммония). Серная кислота служит исходным сырьем для получения солей и других кислот, для синтеза органических веществ, искусственных волокон, для очистки керосина, нефтяных масел, бензола, толоуола, при изготовлении красок, травлении черных металлов, в гидрометаллургии урана и некоторых цветных металлов, для получения моющих и лекарственных средств, как электролит в свинцовых аккумуляторах и как осушитель.

Вдыхание незначительного количества сероводорода вызывает головную боль и тошноту, большие количества или непрерывное вдыхание сероводорода вызывают паралич нервной системы, сердца и легких. Паралич наступает неожиданно, в результате нарушения жизненных функций организма.

8) Сложное вещество состоит из молекул, построенных из атомов разных видов. Атом (от греч. atomos – неделимый), наименьшая частица химического элемента, носитель его свойств. Каждому химическому элементу соответствует совокупность определенных атомов. Элементы химические, совокупности атомов с определенным зарядом ядра Z.

Молекула (новолат. molecula, уменьшит. от лат. moles – масса), микрочастица, образованная из двух или большего числа атомов и способная к самостоятельному существованию. Имеет постоянный состав (качественный и количественный) входящих в нее атомных ядер и фиксированное число электронов и обладает совокупностью свойств, позволяющих отличать одну молекулу от других, в т.ч. от молекул того же состава.

Смесью называется вещество, состоящее из молекул (или атомов) двух или нескольких веществ. Вещества, составляющие смесь, могут быть простыми и сложными.

9) 1. Атомно-молекулярное строение вещества, "кирпичное" (из элементарных частиц) в своей основе. 2. Квантовая природа микромира.3. Корпускулярно-волновая природа электричества (электроны и электромагнитные волны, электрическое поле). 4. Закон сохранения материи-энергии.5. Электрическая (электронная) природа химической связи.6. Однозначная связь строения вещества и его химических свойств (Периодический закон).

По современным представлениям химическая связь между атомами имеет электростатическую природу. Под химической связью понимают электрические силы притяжения, удерживающие частицы друг около друга. Частицы, которые принимают участие в образовании химических связей, могут быть атомами, молекулами или ионами.Корпускулярно- волн. дуализм - важнейшее универсальное свойство природы, заключающееся в том, что всем микрообъектам присущи одновременно и корпускулярные и волновые характеристики. Так, напр., электрон, нейтрон, фотон в одних условиях проявляются как частицы, движущиеся по классич. траекториям и обладающие определ. энергией и импульсом, а в других - обнаруживают свою волновую природу, характерную для явлений интерференции и дифракции частиц. Зако́н сохране́ния эне́ргии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то его можно именовать не законом, а принципом сохранения энергии.Ионы (от греч. ion – идущий), одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрический заряд. Положительные ионы называют катионами (от греч. kation, буквально – идущий вниз), отрицательные – анионами (от греч. anion, буквально идущий вверх). В свободном состоянии существуют в газовой фазе (в плазме)Валентность (от лат. valentia – сила), способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи. Валентность элемента может быть определена и по другим атомам с известной валентностью. В рамках электронной теории химической связи валентность атома определяется числом его неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии, участвующих в образовании общих электронных пар с электронами других атомов. Атомом называется наименьшая частица данного химического элемента. Все существующие в природе атомы представлены в периодической системе элементов Менделеева.Атомы соединяются в молекулу за счет химических связей, основанных на электрическом взаимодействии. Число атомов в молекуле может быть разным. Молекула может состоять из одного атома, из двух, трех и даже нескольких сотен атомов. Можно определить молекулу как наименьшую частицу данного вещества, обладающую его химическими свойствами. Между молекулами любого тела существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Силы притяжения обеспечивают существование тела как целого. Для того чтобы разделить тело на части, необходимо приложить значительные усилия. Существование сил отталкивания между молекулами обнаруживается при попытке сжать тело.

Молекулярно-кинетической теорией называется учение, объясняющее строение и свойства тел движением и взаимодействием молекул, из которых состоят тела. В основе молекулярно-кинетической теории лежат три важнейшие положения, полностью подтвержденные экспериментально:

1) все тела состоят из молекул (атомов);

2) молекулы находятся в состоянии непрерывного хаотического движения;

3) между молекулами любого тела существуют силы взаимодействия.

10) Атомом называется наименьшая частица данного химического элемента. Все существующие в природе атомы представлены в периодической системе элементов Менделеева.

Атомы соединяются в молекулу за счет химических связей, основанных на электрическом взаимодействии. Число атомов в молекуле может быть разным. Молекула может состоять из одного атома, из двух, трех и даже нескольких сотен атомов.

Примером двухатомных молекул могут служить СО, NO, O2, H2, трехатомных – CO2, H2O, SO2, четырехатомных – NH3. Таким образом, молекула состоит из одного или нескольких атомов одного или разных химических элементов.

Можно определить молекулу как наименьшую частицу данного вещества, обладающую его химическими свойствами. Между молекулами любого тела существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Силы притяжения обеспечивают существование тела как целого. Для того чтобы разделить тело на части, необходимо приложить значительные усилия. Существование сил отталкивания между молекулами обнаруживается при попытке сжать тело.

Молекулярно-кинетической теорией называется учение, объясняющее строение и свойства тел движением и взаимодействием молекул, из которых состоят тела. В основе молекулярно-кинетической теории лежат три важнейшие положения, полностью подтвержденные экспериментально:

1) все тела состоят из молекул (атомов);

2) молекулы находятся в состоянии непрерывного хаотического движения;

3) между молекулами любого тела существуют силы взаимодействия.

11) Корпускулярно-волновые свойства микромира Квантовая механика – наука о строении и свойствах элементарных частиц, ядер, атомов и молекул, об их превращениях и явлениях, сопровождающих эти превращения. Частицы микромира объекты с двойственной природой – корпускулярно-волновой дуализм – они одновременно и частицы и волны.

 Главный тезис квантовой механики — микрочастицы имеют волновую природу, а волны — свойства частиц.

Двойственная (корпускулярно-волновая) природа микрообъектов.В основе современного понимания микромира лежит представление о том, что любая движущаяся частица обладает волновыми свойствами. Так, дифракция и интерференция электромагнитного излучения (света, радиоволн, 7 Лучей, рентгеновских лучей) служат убедительным доказательством его волновой природы. В то же время электромагнитное поле — это вещество, состоящее из микрочастиц, называемых фотонами, или квантами. Поэтому электромагнитное поле производит давление, обладает массой и т. д.

Волны де Бройля. В 1924 г.- де Бройль предположил, что двойственная корпускулярно-волновая природа присуща не только фотонам, но также любым другим микрочастицам. Движение микрочастицы можно рассматривать как волновой процесс, и для него справедливо соотношение, аналогичное.

Работы де-Бройля показали, что атомы и электроны, корпускулярная природа которых подтверждена больщим количеством физических и химических опытов, также могут обладать и волновыми свойствами. Это дало ему право связать корпускулярные и волновые свойства микрочастиц одним уравнением

12) Энергия есть способность производить работу. Каждое тело, обладающее энергией, способно произвести лишь определенную количественно, эквивалентную работу. Закон с. э. утверждает, что энергия не исчезает и не образуется вновь, но что энергия одного вида может перейти в эквивалентное количество энергии другого вида. 3. с. энергии можно формулировать так:в изолированной системе сумма энергии остается всегда неизменной. Закон сохранения энергии- в приложении к явлениям, протекающим с поглощением или выделением тепла, носит название первого начала термодинамики (механической теории тепла).

Закон (принцип) сохранения (постоянства) массы (материи, вещества). Этот закон правильнее называть зако- ном сохранения массы, а не материи, т. к. он касается лишь количественной- стороны материи—ее массы. 3. с. м. утверждает, что общая масса вещества при хим. и физ. изменениях сохраняется постоянной.

По современным представлениям химическая связь между атомами имеет электростатическую природу. Под химической связью понимают электрические силы притяжения, удерживающие частицы друг около друга.

Частицы, которые принимают участие в образовании химических связей, могут быть атомами, молекулами или ионами.

Каждая химическая связь в структурных формулах представляется валентной чертой, например: