Вопрос 1 Основные химические понятия и законы Основные понятия и законы химии.

Химия – наука о свойствах вещества и его превращениях, она включает в себя законы и принципы, описывающие эти превращения, а так же представления и теории, позволяющие дать им объяснение. Рассмотрим следующие определения: 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, озон, алмаз. Сложные вещества образованы разными элементами и могут иметь состав постоянный . Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Различным элементам соответствуют различные атомы, обозначаемые символом данного элемента (Ag, Fe, Mg). Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек. В настоящее время известно 118 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомов вступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, которая подчиняется законам, характерным для микросистем. Ионы , одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрический заряд. Положительные ионы называют катионами , отрицательные – анионами В свободном состоянии существуют в газовой фазе (в плазме). Валентность , способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи. Реакции химические , превращения одних веществ (исходных соединений) в другие (продукты реакции) при неизменяемости ядер атомов. Исходные вещества иногда называют реагентами, однако чаще (особенно в органической химии) термин "реагент" используют по отношению к одному, наиболее активному исходному соединению, определяющему направление химической реакции. Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков (предложены в 1814 г. Й. Берцелиусом) и индексов (индекс - цифра, стоящая справа внизу от символа. Обозначает число атомов в молекуле). Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле. Простые вещества- молекулы, состоят из атомов одного и того же элемента. Cложные вещества - молекулы, состоят из атомов различных химических элементов. Аллотропия - явление образования химическим элементом нескольких простых веществ, различающихся по строению и свойствам. Международная единица атомных масс равна 1/12 массы изотопа 12C - основного изотопа природного углерода.

1 а.е.м = 1/12 • m (12C) = 1,66057 • 10-27 кг

Относительная атомная масса (Ar) - безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1/12 массы атома 12C. Средняя абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м. Ar(Mg) = 24,312

m(Mg) = 24,312 • 1,66057 • 10-24 = 4,037 • 10-23 г

Относительная молекулярная масса (Mr) - безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода 12C.

Mг = mг / (1/12 mа(12C))

mr - масса молекулы данного вещества; mа(12C) - масса атома углерода 12C. Mг = S Aг(э). Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов. Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м. Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль. Количество вещества, моль. Означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов). Обозначается n, измеряется в моль. Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода. Число Авогадро ди Кваренья (NA). Количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02 • 1023. (Постоянная Авогадро имеет размерность - моль-1). Молярная масса показывает массу 1 моля вещества (обозначается M). M = m / υ Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества и численно равна его относительной молекулярной массе, однако первая величина имеет размерность г/моль, а вторая - безразмерная. M = NA • m(1 молекула) = NA • Mг • 1 а.е.м. = (NA • 1 а.е.м.) • Mг = Mг Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 80 а.е.м. (SO3), то масса одного моля молекул равна 80 г. Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных соотношений к молярным. Все утверждения относительно молекул остаются справедливыми для молей (при замене, в случае необходимости, а.е.м. на г) Например, уравнение реакции: 2Na + Cl2 ® 2NaCl, означает, что два атома натрия реагируют с одной молекулой хлора или, что одно и то же, два моль натрия реагируют с одним молем хлора. Основные законы Закон сохранения массы веществ (М.В.Ломоносов, 1748 г.; А.Лавуазье, 1789 г.)Масса всех веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции. Атомно-молекулярное учение этот закон объясняет следующим образом: в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка (т.е. химическое превращение- это процесс разрыва одних связей между атомами и образование других, в результате чего из молекул исходных веществ получаются молекулы продуктов реакции). Поскольку число атомов до и после реакции остается неизменным, то их общая масса также изменяться не должна. Под массой понимали величину, характеризующую количество материи. Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения химических реакций и по ним производить расчеты. Он является основой количественного химического анализа. Закон постоянства состава впервые сформулировал Ж.Пруст (1808 г) Все индивидуальные химические вещества имеют постоянный качественный и количественный состав и определенное химическое строение, независимо от способа получения. Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы соединяются друг с другом в определенных массовых соотношениях.Пример:CuS-сульфид меди. m(Cu) : m(S) = Ar(Cu) : Ar(S) =64 : 32 = 2 : 1

Чтобы получить сульфид меди (CuS) необходимо смешать порошки меди и серы в массовых отношениях 2 : 1 Если взятые количества исходных веществ не соответствуют их соотношению в химической формуле соединения, одно из них останется в избытке. Например, если взять 3 г меди и 1 г серы, то после реакции останется 1 г меди, который не вступил в химическую реакцию. Вещества немолекулярного строения не обладают строго постоянным составом. Их состав зависит от условий получения. Закон Авогадро ди Кваренья (1811 г.) В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура, давление и т.д.) содержится одинаковое число молекул. (Закон справедлив только для газообразных веществ.) Следствия.

1. Одно и то же число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковые объемы. 2. При нормальных условиях (0°C = 273°К , 1 атм = 101,3 кПа) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.

вопрос 5 Атомная орбиталь , квантовые числа. Орбиталь – область наиболее вероятного местонахождения электрона в атом. Электрон движется в атоме вокруг ядра не по линии, а занимает некоторую область пространства. Например, электрон в атоме водорода может с определенной вероятностью оказаться либо весьма близко к ядру, либо на значительном удалении, однако существует определенная область, где его появление наиболее вероятно. Графически орбиталь изображают в виде поверхности, очерчивающей область, где вероятность появления электрона наибольшая. У атома водорода орбиталь электрона имеет сферическую форму. Наличие атомных орбиталей не зависит от количества электронов, поскольку орбиталь — это волновая функция. Однако электрон не может свободно вращаться вокруг ядра, но только в пределах той или иной атомной орбитали. Атом каждого элемента имеет полный набор всех орбиталей на всех электронных уровнях. Их заполнение электронами происходит по мере увеличения заряда ядра, а количество электронов напрямую зависит от заряда этого ядра, то есть от количества протонов в ядре. Электроны стремятся заполнить энергетические уровни, ближайшие к положительно заряженному ядру. На первом энергетическом уровне могут разместиться максимум два электрона, которые заполняют единственную на этом уровне s-орбиталь. Буква s — первая буква слова sharp (резкий). Это означает, что при спектральном анализе орбиталь обнаруживает себя в виде резких спектральных линий. Затем электроны заполняют второй энергетический уровень, на котором помимо s-орбитали появляются также три р-орбитали, имеющих форму объемных гантелей. Буква p — первая буква слова principal (главный). По-видимому, эти спектральные линии, вызывают определенные ассоциации.

Атомные орбитали

Каждая р-орбиталь расположена вдоль одной из трех взаимоперпендикулярных осей пространства и может иметь максимум два электрона. Всего на втором энергетическом уровне может уместиться максимум 8 электронов.Следующий энергетический уровень содержит одну s-орбиталь, три p-орбитали и еще пять d-орбиталей. Всего на третьем энергетическом уровне 9 орбиталей, на которых может разместиться максимум 18 электронов. Буква d — первая буква слова diffuse (размытый).Четвертый энергетический уровень содержит одну s-орбиталь, три p-орбитали, пять d-орбиталей и еще семь f-орбиталей. Всего на четвертом энергетическом уровне размещается максимум 32 электрона. Буква f — первая буква слова fundamental (основной).Пятый энергетический уровень имеет одну s-орбиталь, три p-орбитали, пять d-орбиталей, семь f-орбиталей и еще девять g-орбиталей. Всего на пятом энергетическом уровне может разместиться суммарно максимум 50 электронов. Буква g выбрана по алфавитному принципу.Главное (радиальное) квантовое число — целое число, обозначающее номер энергетического уровня. Характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Является первым в ряду квантовых чисел, который включает в себя главное, орбитальное и магнитное квантовые числа, а также спин. Эти четыре квантовых числа определяют уникальное состояние электрона в атоме (его волновую функцию). Главное квантовое число обозначается как n . При увеличении главного квантового числа возрастает энергия электрона. Главное квантовое число равно номеру периода элемента. Наибольшее число электронов на энергетическом уровне с учётом спина электрона определяется по формуле Четыре параметра - квантовые числа. Главное квантовое число п определяет энергию электрона и степень его удаления от ядра; оно принимает любые целочисленные значения, начиная с 1 (n = 1, 2, 3, ..., и т.д.). Орбитальное (побочное) квантовое число l определяет форму атомной орбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до n - 1 (l = 0, 1, ..., n - 1). Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы. При l = 0 атомная орбиталь независимо от значения главного квантового числа имеет сферическую форму (называется s-орбиталью). Значению l = 1 соответствует атомная орбиталь, имеющая форму вытянутой гантели ( p-орбиталь). Намного более сложную форму имеют орбитали, соответствующие высоким значениям l, равным 2, 3 и 4 (d-, f-, g-орбитали). Магнитное квантовое число m определяет положение атомной орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Магнитное квантовое число изменяется не произвольным образом, а скачком и связано с орбитальным квантовым числом, изменяясь от + l до - l , включая 0. Следовательно, каждому значению l соответствует 2 l + 1 значений магнитного квантового числа. Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения: +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям магнитного момента электрона.