Структура вещества и химические системы

Характер любой системы зависит не только от состава и строения ее элементов, но и от их взаимодействия. Целостные свойства определяются именно специфическими особенностями взаимодействия между ее элементами.

В качестве первичной химической системы рассматривалась молекула. Представления о структуре молекулы постепенно усовершенствовались. Французский химик Ш. Жерар подчеркивал, что при образовании структур, различные системы не просто взаимодействуют, но в известной степени преобразуют друг друга, возникает определенная целостность или система.

Немецкий химик Фр. Кекуле стал связывать структуру с понятием валентности элемента или числа единиц его сродства. На этой основе возникли структурные формулы. Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов. А.Н. Бутлеров обращал большое внимание также на степень напряжения или энергии, с которой они связываются друг с другом.

Эволюция понятия химической структуры осуществлялась в направлении анализа ее составных частей, а с другой стороны – установления характера физико-химического взаимодействия между ними. Под структурой в системном подходе как раз и понимают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные ее свойства. В молекуле как образце химической структуры, специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы.

Основные химические законы

Химические процессы подчиняются всеобщим законам природы – закону сохранения массы вещества и закону сохранения энергии и ряду других специфических для химии законов.

Закон сохранения массы. Установлен Н.В. Ломоносовым (1756 г.) и А.Л. Лавуазье (1789 г.) почти независимо друг от друга. Формулируется следующим образом: масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Закон сохранения энергии действует всегда. Ломоносов связывал закон сохранения массы с законом сохранения энергии. Химическая энергия освобождается или расходуется в процессе химической реакции. Ее можно превратить в другие виды энергии (механическую, тепловую, электрическую и т. д.).

Химические реакции идут либо с выделением, либо с поглощением тепла (экзотермические и эндотермические).

Количественным выражением является тепловой баланс. Формулируется так: количество тепловой энергии, принесенной в зону взаимодействия веществ, равно количеству энергии, вынесенной веществами из этой зоны.

Пример: Q_ф + Q_э + Q_в ⁼ Q^'_ф + Q^'_n , где

Q_ф – физическая теплота, введенная в процесс с исходными веществами; Q_э – теплота экзотермических реакций; Q_в – теплота, введенная в процесс извне; Q^'_ф – физическая теплота, выведенная из процесса с продуктами реакции; Q^'_n – потери теплоты в окружающую среду.

К специфическим законам химии относят: закон постоянства состава (Пруст, 1808 г.), закон постоянных весовых отношений (Дж. Дальтон, 1800 г.), закон простых объемных отношений для газов (Гей-Люссак), закон Авогадро.