1.1. Химия и её разделы 3

1.2. Химические элементы и химические соединения 11

1.3. Классификация веществ 15

1.4. Символы, формулы, уравнения 24

1.5. Важнейшие величины и единицы в химии 31

2. Стехиометрические законы 40

2.1. Закон сохранения массы и энергии 40

2.2. Закон постоянства состава 43

2.3. Закон кратных отношений 44

2.4. Законы газового состояния 45

2.4.1. Закон Бойля-Мариотта 45

2.4.2. Закон Шарля 45

2.4.3. Закон Гей-Люссака 45

2.4.4. Объединённый газовый закон Бойля-Мариотта и Гей-Люссака 46

2.4.5. Закон объёмных отношений 47

2.4.6. Закон Авогадро 48

2.4.7. Закон Дальтóна (закон парциальных давлений) 50

2.5. Закон эквивалентов 51

Задачи 54

Ответы 57

Приложение 58

Предметный указатель 60

Список литературы 61

Рябухин Юрий Иванович – доктор химических наук, Соросовский профессор, профессор кафедры "Общая, неорганическая и аналитическая химия" Астраханского государственного технического университета.

Старкова Наталья Николаевна – кандидат химических наук, доцент кафедры "Общая, неорганическая и аналитическая химия" Астраханского государственного технического университета.

Огородникова Надежда Петровна – старший преподаватель кафедры "Общая, неорганическая и аналитическая химия" Астраханского государственного технического университета.

АГТУ. Заказ № . Тираж 100 экз.

1 Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765) – первый русский учёный-естествоиспытатель мирового значения, поэт, заложивший основы современного русского литературного языка, художник, историк, поборник отечественного просвещения, развития русской науки и экономики.

Ломоносов является создателем химии как науки; ввёл понятие о молекулах (корпускулах – тельцах) и атомах (элементах), ввёл взвешивание, обосновал теорию горения, разработал способ изготовления цветного стекла, внёс вклад в развитие физики, геологии, географии, астрономии, металлургии и др.

2 Понятие – мысль, фиксирующая существенные свойства, связи и отношения предметов и явлений; представление о чём-либо; уровень понимания чего-либо.

Основнóй – наиболее важный, существенный, главный.

3 О том, какова этимология (происхождение) слова «химия», каково его истинное, исходное значение, единого мнения нет. Многие считают, что это слово пришло в современный язык из Древнего Египта – колыбели мировой цивилизации.

Когда-то Египет имел название «Хемия» (по-древнеегипетски "хем" или "хаме" – чёрный) – очевидно, по цвету почвы в долине реки Нил, и слово "химия" можно перевести как "чёрные земли" или "наука о чёрной земле (Египта)", смысл же названия – "египетская наука").

Вполне возможно, что название страны "Хемия" (то есть Египет) просто указывало на то место, где по господствующему тогда мнению, достигли наибольшего прогресса в литье изделий из металлов.

Может быть, слово «химия» происходит от древнегреческого chēméia (хемейа) – отливаю, лью, – искусство выплавки металлов, и отражает то обстоятельство, что первоначально одна из главнейших задач тех, кто занимался химией, состояла в получении металлов.

Современное название «химия» производится от позднелат. chimia и является интернациональным, например нем. сhemie, франц. chimie, англ. сhemistry.

Как бы то ни было, слово «химия» стало означать получение одних веществ из других в результате тех или иных превращений.

Термин «химия» впервые употребил в своих сочинениях в V веке греческий алхимик Зосима Панополитанский, родившийся и работавший в Египте.

4 Мир – совокупность всех форм материи в земном и космическом пространстве.

5 Материя – от. лат. mater rerum – мать вещей и materia – вещество; субстрат, субстанция; содержание. В лат. философский язык термин введён Цицероном как перевод греч. hỳlē (собственно – древесина). Понятие материи как субстрата вещественного мира было выработано в греч. философии в учениях Платона и Аристотеля, при этом материя понималась как неоформленное небытиё (теон), чистая потенция. Сформулированное Декартом понятие материи как телесной субстанции (в противоположность "мыслящей" субстанции), обладающей пространственной протяжённостью и делимостью, легло в основу материализма 17-18 веков. Материя – центральная категория диалектического материализма.

6 Реакция – от. лат. re – противо и actio – действие.

7 См. с. 14.

8 Ион-радикалы – ионы, являющиеся радикалами.

9 Карбены (от лат. саrbо – уголь) – нестабильные соединения углерода(II), содержащие два неспаренных электрона на одном атоме углерода и имеющие брутто-формулу CRR', где R и R' – органические радикалы или галогены; промежуточно образуются во многих органических реакциях; простейший из них – метилен :СН₂.

1⁰ Ассоциáты (от ср.-век. лат. аssосiаtiо – соединение) – группы молекул или ионов в жидкой или газовой фазах, связанные водородными связями, ван-дер-ваальсовыми или электростатическими взаимодействиями.

1¹ Кластеры (англ. сlustеr – гроздь, скопление) – комплексные соединения, в основе молекулярной структуры которых лежит объёмная ячейка из непосредственно связанных между собой атомов металла, которая играет роль центрального атома (комплексообразователя).

1² Сольваты (от лат sоlvо - растворяю) – продукты сольватации, представляющие собой молекулы или ионы растворённого вещества, окружённые оболочкой из молекул растворителя, которая удерживается электростатическими и ван-дер-ваальсовыми силами, а также координационными и водородными связями.

1³ Клатраты (от лат. сlаtrаtus – защищённый решёткой) – соединения включения, образованные за счёт оптимального сочетания геометрических характеристик "гостей" и "хозяев" без образования химической связи между ними. Вещества, в которых молекулы соединения – "хозяина" образуют пространственный каркас, а молекулы соединения – "гостя" располагаются в полостях каркаса, например, в клатрате Сl₂ · 6Н₂О молекулы Сl₂ занимают полости каркаса, образован-ного молекулами Н₂О.

1⁴ Материал (от лат. mātеriālis – вещественный) – вещество, предмет, сырьё, применяемое для какой-либо цели.

1⁵ Поле физическое – особый вид материи; система с бесконечным числом степеней свободы. К нему относятся электромагнитные и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантованные) поля, соответствующие различным частицам (например, электрон-позитронное поле).

Источниками физического поля являются частицы (например, для электромагнитного поля – заряженные частицы). Создаваемые частицами физические поля переносят (с конечной скоростью) взаимодействие между соответствующими частицами.

1⁶ Атом – от греч. átоmоs – неделимый.

Термин ввёл Демокрит (V в до н. э.) – древнегреческий философ, один из основателей античной атомистики.

1⁷ Плазма (от греч. plásma – вылепленное, оформленное) – ионизи-рованный газ. В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной: звёзды, галактические туманности и межзвёздная среда.

1⁸ 1 пм (пикометр – от исп. рiсо – малая величина) = 10^–12 м.

1⁹ Нуклид – вид атомов, характеризующихся определёнными значениями заряда ядра Z (числом протонов в ядрах) и массового числа А (суммой чисел протонов Z и нейтронов N в ядрах). Обозначают символом соответствующего химического элемента с индексами А – слева вверху и Z – слева внизу, например, Нуклиды одного элемента называются изотопами; нуклиды, претерпевающие радиоактивный распад, – радионуклидами.

2⁰ Изотоп – от греч. isos – равный и tóроs – место.

2¹ Элемент – от лат. еlementum – простейший, первоначальное вещество, составная часть сложного целого. У греческих философов-материалистов – одно из первоначал, одна из составных частей природы, лежащих в основе всех вещей, явлений. Нет точных сведений, откуда произошло слово ″элемент″. Согласно одной из версий, оно образовалось при последовательном произношении букв латинского алфавита – l, m, n, t. Прочтя их, вы получите ″эль″, ″эм″, ″эн″, ″тэ″. Древние мыслители якобы хотели подчеркнуть, что как слова состоят из букв, так и ″тела″ сложены из элементов.

2² Совокупность – сочетание, общая сумма, общее количество чего-либо.

2³ Молекула – латинское слово "mōlēs" означает массу, а суффикс "–cula" имеет уменьшительное значение, поэтому слово molecula дословно переводится как маленькая масса, буквально – "массочка".

Термин введён французским философом-материалистом, математиком и астрономом Пьером Гассенди в 1647 г.

2⁴ Ион – от греч. iốn – идущий.

Термин ввёл в 1830 г. английский учёный (физик и химик) Майкл Фарадей, назвав "путешествующие" части молекул электролитов при электролизе от одного электрода к другому ионами.

2⁵ Анион – от греч. ánоdуs – движение вверх, восхождение и anion, буквально – идущий вверх.

Катион – от греч. kаthоdуs – спуск, схождение и katión, буквально – идущий вниз.

Термины "анион" и "катион" введены М. Фарадеем.

2⁶ Радикал (фр. rаdiсаl от лат. rādiсālis – коренной и rādiх – корень): 1. Неустойчивая частица с избыточной энергией. 2. Устойчивая группа атомов в молекуле, переходящая без изменений из одного химического соединения в другое.

2⁷ Классификация (от лат. classis – разряд, группа и facio – делаю) – система распределения каких–либо однородных предметов или понятий по классам, отделам и т. п. по определённым общим признакам.

2⁸ Металлы – от греч. mếtallon – первоначально шахта, копи.

2⁹ Амальгама (от ср.-лат. amalgama – сплав, через араб, от греч. málagma – мягкая подкладка) – сплавы металлов с ртутью.

3⁰ Амфиген (от греч. amphi – с обеих сторон и génos – род, происхождение).

3¹ Термины "дальтониды" и "бертоллиды" (см. раздел 2.2) введены российским физико-химиком, академиком АН СССР Николаем Семёновичем Курнаковым в 1912-1914 гг. в честь Дж. Дальтóна и К.Л. Бертолле для обозначения химических соединений соответственно постоянного и переменного состава.

Джон Дальтóн (Дóлтон) (1766-1844) – английский химик и физик, создатель химического атомизма. Установил закон кратных отношений, ввёл понятие ″атомный вес″, первым определил атомные веса (массы) ряда элементов. Открыл газовые законы, названные его именем. Первым описал дефект зрения, которым страдал сам, позже названный дальтонизмом.

Клод Луи Бертоллé (1748-1822) – французский химик, основатель учения о химическом равновесии. Разработал (совместно с А. Лавуазье и др.) новую химическую номенклатуру. Считал состав химических соединений переменным. Установил состав аммиака, природного газа, синильной кислоты, сероводорода. Открыл хлорат калия, названный позднее бертоллетовой солью.

3² Валентность (от лат. valentia – сила) – способность атомов элементов к образованию химических связей; количественно характеризуется числом.

В случае ионной связи валентность – это число отданных или присоединённых данным атомом электронов; в случае ковалентной связи валентность равна числу обобществлённых электронных пар.

Атомы многих элементов имеют различную валентность в зависимости от того, в какие соединения они входят. В этом случае часто пользуются термином «степень окисления» атома.

3³ Оксид – нем. охуdеn, фр. охуdеs, от греч. охуs – кислый.

3⁴ Сванте Аррениус (1859-1927) – шведский физикохимик.

3⁵ Иоханнес Николаус Брёнстед (1879-1947) – датский физикохимик.

3⁶ Донор от лат. dōnārе – дарить, жертвовать.

3⁷ Гилберт Льюис (1875-1946) – американский физикохимик.

3⁸ Водный раствор аммиака по традиции обозначают формулой NН₄ОН и называют гидроксидом аммония, но поскольку такое вещество не существует, вопреки традиции его можно изображать как гидрат NН₃ · Н₂О или просто NH₃.

3⁹ От "выщелачивание" – по-славянски "растворение".

4⁰ Амфотерность – от греч. amphóteros – и тот и другой.

4¹ Гидроксид – гидрат оксида.

4² Структура (от лат. structura – строение, расположение, порядок) – взаимосвязь элементов (атомов, молекул, ионов, радикалов) в химических соединениях.

4³ Формула (от лат. formula – форма, правило, предписание).

4⁴ Стехиометрия – от греч. stoichéion – основа, элемент (составная часть) и metréō – измеряю.

Термин ввёл немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер в 1793 г.

4⁵ Единица – нормативно-метрологическое количество чего-либо.

4⁶ Масса (от лат. massa – глыба, ком, кусок) – фундаментальная физическая величина, определяющая инертные и гравитационные свойства всех тел – от макроскопических до атомов и элементарных частиц. В Международной системе единиц (СИ) масса измеряется в кг.

4⁷ Подстрочный индекс "r" – от лат. relаtivus – относительный.

Понятие "атомный вес" ввёл Дж. Дальтóн (см. сноску 31 на с. 17), который и первым определил атомные веса (массы) элементов: Н, N, S, P.

4⁸ Моль – единица количества вещества – введена решением ХIV Генеральной конференции по мерам и весам в 1971 г. в качестве седьмой основной единицы Международной системы единиц (франц. Sistéme International d’Unités, сокращённо SI, в русской транскрипции – СИ), – системы единиц физических величин.

Слово "моль" происходит от лат. moles, означающего "количество, масса или счётное множество".

Моль служит для образования производных единиц, так называемых молярных величин: молярной массы (кг/моль), молярного объёма (м³/моль), молярной внутренней энергии (Дж/моль), молярной концентрации (моль/м³) и др.

4⁹ Названа по имени Амедео Авогадро (1776–1856) – итальянского физика и химика.

5⁰ Эквивалент (лат. aequivalens, aequivalentis) – нечто равноценное, равнозначное, равносильное другому, полностью замещающее его.

Термин ввёл И. Рихтер в 1793 г. (см. сноску 44 на с. 25).

5¹ В – обозначение данного вещества.

5² Модуль – от лат. modulus – мера.

5³ Иммануил Кант (1724–1804) – родоначальник немецкой классической философии.

5⁴ Закон (философское, научное значение) – необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе.

Понятие закон родственно понятию сущности. Познание законов составляет задачу науки.

5⁵ Энергия (от греч. – еnеrgеiа – действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движения материи.

5⁶ Антуан Лавуазье (1743–1794) – французский химик.

5⁷ Система – устройство, структура, представляющие собой единство взаимно связанных частей; материальный объект, обособленный от окружающей среды физическими или воображаемыми границами.

5⁸ Закон сохранения механической энергии впервые сформулировал немецкий философ и математик Готтфрид Лейбниц в 1686 г.; затем немецкий врач Юлиус Роберт Майер в 1841 г., английский физик Джеймс Джоуль в 1843 г. и немецкий учёный Герман Гельмгольц в 1847 г. экспериментально открыли закон сохранения энергии в немеханических явлениях.

5⁹ Соотношение Эйнштейна доказывает, что закон сохранения массы не абсолютен. Общая масса веществ в процессе химической реакции должна изменяться в результате выделения или поглощения энергии. Однако энергетические эффекты реакций находятся в пределах 10–1000 кДж на единицу количества вещества, и, следовательно, при этом изменение массы составляет величину порядка 10^–8 – 10^–10 г, которую невозможно измерить весами. Поэтому в химии принято считать, что закон сохранения массы выполняется строго. В противоположность этому в процессе ядерных реакций, сопровождающихся выделением или поглощением значительного количества энергии, происходит резкое изменение массы, которое и определяется по уравнению Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн (1879-1955) – физик-теоретик, один из основателей современной физики.

6⁰ Состав – совокупность каких-либо элементов, входящих в качест-ве образующих частей в какое-либо химическое соединение.

6¹ Жозеф Пруст (1754–1826) – французский химик.

6² См. сноску 31, с. 17.

6³ Бинарные соединения (от лат. binarus – двойной) – химические соединения, состоящие из атомов двух элементов, например HCl, H₂O, Al₂O₃.

6⁴ Кратный – целое число, делящееся на данное без остатка.

6⁵ Установлен независимо английским физиком и химиком Робертом Бойлем (1627–1691) в 1662 г. и французским физиком Эдмом Мариóттом (1622–1684) в 1676 г.

6⁶ Давление – физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого.

Единица давления в СИ – паскаль (Па): 1 Па равен давлению, вызываемому силой в 1 Н (ньютон), равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью 1 м²; 1 Па = 1 Н/м².

6⁷ Открыт французским учёным Ж. Шарлем в 1787 г, уточнён Ж. Гей-Люссаком в 1802 г.

6⁸ Жозеф Луи Гей-Люссак (1778–1850) – французский химик и физик. Закон сформулирован в 1802 г.

6⁹ Идеальный газ – теоретическая модель газообразного состояния, при котором частицы газа (атомы, молекулы) практически не взаимодействуют друг с другом – энергия взаимодействия между частицами пренебрежимо мала по сравнению с кинетической энергией их хаотического (теплового) движения.

7⁰ Нормальные условия (н. у.): Р₀ = 101 325 Па (760 мм рт. ст., 1 физическая атмосфера) (нормальное давление);

Т₀ = 273,15 К, или 273 К (0 ⁰С) (нормальная температура).

Кельвин (англ. Кеlvin – по имени английского физика У. Кельвина (1824-1907). Единица термодинамической температуры, равна 1 ⁰С.

7¹ Уравнение установил опытным путём французский физик и инженер Бенуа Поль Эмиль Клапейрон в 1834 г. В современном виде уравнение получено в 1874 г. великим русским учёным Дмитрием Ивановичем Менделеевым.

7² 1 м³ = 10³ л = 10⁶ мл.

Метр (фр. mеtrе, от греч. mеtrоn – мера) – основная единица длины в десятичной системе мер.

Литр (от греч. litrа – единица веса, равна 327,45 г) – мера ёмкости, равна 1000 см³, а также количество жидкости такого объёма.

Миллилитр от лат. mīllе – тысяча и литр.

7³ Среднюю молярную массу воздуха легко вычислить, если учесть, что воздух состоит приблизительно из 4 объёмов азота (молярная масса 28 г/моль) и 1 объёма кислорода (молярная масса 32 г/моль). Тогда, (округлённо 29 г/моль).

7⁴ Уильям Волластон (1766–1828) – английский химик.

69