КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

«Основы общей и неорганической химии»

для студентов направлений подготовки

220700 – Автоматизация технологических процессов и производств,

220400 Управление в технических системах,

230400 Информационные системы и технологии

Воронеж 2011

Лекция № 1 (2ч)

Введение

Цель лекции: дать определение химии как науке о веществах и законах их превращений; вспомнить основные понятия химии: химический элемент, атом, молекула, простые и сложные вещества, аллотропные видоизменения, относительные атомные и молекулярные массы, моль, молярная масса; рассмотреть значение химии в изучении природы и развитии техники; дать современную формулировку основным количественным законам химии: закону постоянства состава, закону кратных отношений и закону эквивалентов.

Изучаемые вопросы:

1. Предмет химии. Значение химии в изучении природы и развитии техники.

2. Основные количественные законы химии.

1. Предмет химии. Значение химии в изучении природы и развитии техники

Современное естествознание характеризуется объединением методов и идей различных наук, стиранием межнаучных границ, взаимоперекрыванием теорий и методов математики, химии, физики, геологии, биологии, экологии и философии. Все изучаемые дисциплины связаны между собой, поскольку науки изучают окружающую нас реальность, но подходят к этому с разных сторон. В настоящее время научные открытия делаются на стыке наук, когда исследователь пользуется всей совокупностью методов, применяемых в нескольких науках. В связи с этим, очень велика роль межпредметных связей, которые предполагают постоянное и частое связывание положений данной изучаемой дисциплины с другими дисциплинами. Подобный подход позволяет комплексно подходить к решению как теоретических, так и практических задач.

Современная химия – это сложная система областей знаний. Строгое и полное определение химии пока не сформулировано. Часто химию определяют как науку о веществах и законах их превращений. Однако некоторые аспекты превращения веществ изучаются физикой, геологией, биологией и другими науками. Иногда химию называют наукой о химической форме движения материи, при которой происходят качественные изменения веществ, разрушение одних соединений и возникновение новых веществ с новыми химическими и физическими свойствами. Если объединить эти два определения, то можно сказать, что химия – это наука, изучающая процессы превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава и структуры. Химия тесно связана с другими науками такими, как физика, математика, экология, биология и т.д.

В настоящее время химия – это разветвленная система многих наук: общей, неорганической, органической, физической, коллоидной, аналитической, биохимии и т.д. Общая химия изучает теоретическую основу всей системы химических знаний, включая строение атома и периодическую систему элементов Д. И. Менделеева, теорию химической связи, энергетику химических процессов, химическую кинетику и равновесие, учение о растворах, особенности окислительно-восстановительных реакций и др.

Объектом изучения химии являются химические элементы и их соединения. Химическим элементом называют вид атомов с одинаковым зарядом ядер. В свою очередь, атом – это химически неделимая частица элемента, сохраняющая все его химические свойства. Следовательно, каждому химическому элементу соответствует определенный вид атомов. Атомы данного элемента характеризуются одинаковыми свойствами.

Сложные вещества состоят из молекул. Молекула – это наименьшая частица индивидуального вещества, способная к самостоятельному существованию и обладающая ее основными химическими свойствами. Все молекулы состоят из одинаковых или различных атомов, образуя простые или сложные вещества. Простое вещество является формой существования химического элемента в свободном состоянии и состоит из атомов одного вида. Сложное вещество или химическое соединение – это вещество, состоящее из атомов разного вида.

Химические и физические свойства веществ зависят от состава и строения вещества. Многие химические соединения образуют вещества различные по строению и свойствам. Это явление называется аллотропией, а образующие вещества – аллотропными видоизменениями или модификациями. Например, углерод образует три аллотропные модификации – алмаз, графит и карбин.

В химии традиционно используются не абсолютные значения атомных масс, а относительные. Относительной атомной массой А_r химического элемента называется величина, равная отношению средней массы атома естественного изотопического состава элемента к 1/12 массы атома углерода-12. Относительной молекулярной массой М_r химического вещества называется величина, равная отношению средней массы молекулы естественного изотопического состава вещества к 1/12 массы атома углерода-12.

Любое химическое вещество характеризуется количеством вещества. Количество вещества – это число структурных элементов (атомов, молекул, ионов и др.) в системе. Единицей измерения количества вещества является моль. Моль – количество вещества системы, которое содержит столько структурных элементов (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.), сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12. Массу одного моля называют молярной массой. Единица измерения – г/моль или кг/моль.

Познание химии как одной из важнейших фундаментов естественных наук необходимо для формирования научного мировоззрения. Изучение химии играет важную роль образного мышления в творческом росте будущих специалистов. Важную роль играет химия в жизни каждого человека, в его практической деятельности. Особенно велико значение науки о веществе в технике, развитие которой немыслимо без понимания процессов превращения веществ. Глубокое понимание законов химии, их применение позволяют как совершенствовать существующие, так и создавать новые процессы, машины, установки и приборы. Химизация народного хозяйства является одним из важнейших путей интенсификации его развития.

Химические реакции широко используются во многих производственных процессах. Они (например, процессы окисления, коррозии и др.) протекают при работе установок, машин и приборов. Получение электроэнергии, топлива, металлов, различных материалов, продуктов питания и т.п. непосредственно связано с химическими реакциями. В настоящее время, например, электрическую и механическую энергии получают, в основном, преобразованием химической энергии природного топлива. В процессе преобразования происходят сложные химические реакции: горения, взаимодействия воды и ее примесей с металлами и т.п. Без понимания этих процессов невозможно обеспечить эффективную работу электростанций и двигателей внутреннего сгорания.

Использование химических реакций в ряде производственных процессов позволяет резко повышать производительность труда и качество продукции, получать новые материалы.

Понимание законов химии и их использование исключительно важно при решении проблемы повышения эффективности производства и качества продукции, так как ухудшение качества и надежности продукции во многих случаях вызывается нежелательными химическими процессами, например коррозией металлов, старением полимеров и т.п. Изучение механизмов химических реакций позволяет выбрать рациональные методы охраны окружающей среды, создавать новые безвредные процессы. Химизация любой отрасли народного хозяйства приносит большой экономический эффект.

Возросла роль химии в развитии электротехники, микроэлектроники, радиотехники, космической техники, автоматики и вычислительной техники. Для развития новой техники необходимы материалы с особыми свойствами, которых нет в природе: сверхчистые, сверхтвердые, сверхпроводящие, жаростойкие и т.п. Такие материалы поставляет современная химическая промышленность, поэтому можно понять важность изучения химии для любой специальности. В электротехнической промышленности, более 80 % продукции выпускается с применением полимерных материалов.