28

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МОРСЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМ. АДМ. С.Й. МАКАРОВА

Методичні вказівки

Миколаїв 2007

УДК 041

Камінська Е.Г. Кельїна С.Ю. Мащенко В.В. Класи неорганічних сполук. (методичні вказівки )

Кафедра хімії

Ці методичні вказівки містять довідки з основних понять хімії і класів неорганічних сполук, які необхідні для вивчання університетського курсу хімії . Окрім того, розібрані методи розв’язку основних типів задач з відповідних тем та запропоновані вправи і задачі для самостійної підготовки та самоконтролю знань.

Вказівки призначені для студентів всіх спеціальностей.

Рецензент – к.т.н. , доцент Соловйова Ж.Ф.

 Український державний

морський технічний університет

ім. С.Й.Макарова

І. Основні хімічні поняття

Хімія - це наука про склад та будову речовин, їх властивості та взаємні перетворення. Окремий вид матерії, який за певних умов має сталі фізичні та хімічні властивості, називається речовиною. Речовина складається з елементарних частинок, які мають масу покою.

Будь-які зміни з речовиною називають явищами. Фізичними явищами є такі, під час яких не змінюється склад речовини, але можуть змінюватися форма, агрегатний стан, температура, тощо. Хімічні явища зв’язані із зміною складу та властивостей речовини. Будь-яка хімічна речовина складається з хімічних елементів.

Елементом називається сукупність атомів, які мають однаковий заряд ядра. Кожний елемент має свою назву та хімічний символ. Носієм властивостей елемента є атом.

Атом –хімічно неподільна електронейтральна частинка речовини, яка складається з ядра і електронів. Ядро (центральна частина атома) складається з протонів і нейтронів. Маси протонів і нейтронів у  10000 разів більше маси електронів, тому в ядрі зосереджена маса атома, яка дорівнює  10^-25- 10^-27 кг. Електрони утворюють електронну оболонку, розміри якої визначають розміри атома (10^-10 м). Позитивний заряд ядра, який відповідає числу протонів, дорівнює негативному заряду електронної оболонки, що визначається числом електронів. Кількісними характеристиками атома є його маса і заряд ядра, що збігається з порядковим номером (Z) елемента у Періодичній системі. Елементи можуть утворювати атоми з різною кількістю нейтронів у ядрі. Такі атоми одного елементу називають ізотопами. Наприклад, елемент Гідроген складається з ізотопів трьох видів: Протію ( ¹₁Н, тобто до складу ядра входить тільки протон), Дейтерію ( ²₁D, до складу ядра входить один протон і один нейтрон) і Тритію (³₁Т, до складу ядра входять один протон і два нейтрони ). Кожний елемент має кілька ізотопів, тому в Періодичній системі наведено середню атомну масу елементів з урахуванням їх поширення у природі.

Атомна одиниця маси – це сучасна позасистемна одиниця вимірювання атомних та молекулярних мас ( позначається а.о.м. )

Вона є 1/12 часткою маси атому ізотопу Карбону ¹²С. Маса цього ізотопу дорівнює 19,93 10^-27 кг. З цього випливає, що

_{1 а.о.м =}

Ця величина – одна з фундаментальних фізичних сталих.

Відносна атомна маса ( Аr, r- relаtive - відносний) – це величина, що визначається відношенням маси атома елемента до величини 1 а.о.м. :

Аr(ат) = m (ат) / 1 а.о.м

Аr (Н) = 1,67 10^-27 кг / 1 а.о.м. =1,67 ^.10^-27 кг / 1,66 ^. 10^-27 кг = 1,008

Аr (U) = 3,9513^. 10^-25 кг / 1 а.о.м. = 3,9513^. 10^-25 кг / 1,66 ^. 10^-27 кг = 238,03.

Основною властивістю атомів хімічних елементів є їх схильність до сполучення з утворенням хімічних речовин.

Молекула – здатна до самостійного існування частинка речовини, що зберігає її хімічні властивості. Молекули складаються з атомів, які з’єднані між собою хімічними зв’язками в певній послідовності та певним чином орієнтовані у просторі. Число атомів в молекулах становить від двох ( Н₂, О₂) до кількох тисяч ( гормони, білки). Атоми інертних газів іноді називають одноатомними молекулами ( Не, Аr). Усі молекули одної речовини молекулярної будови мають однаковий склад, розміри, масу і властивості. Молекули різних речовини різняться за цими характеристиками. Молекули безперервно рухаються. У твердих речовинах вони здійснюють коливальний рух навколо положень рівноваги, в рідких – теж коливаються і прямолінійно переміщуються в нові положення, в газах – здійснюється прямолінійний хаотичний рух. Відстань між молекулами у твердих речовинах і рідинах складає  10^-10 м, у газах – 10^-8-10^-7 м. Під час фізичних явищ молекули зберігаються, під час хімічних перетворень – руйнуються, поєднуються в нові комбінації, утворюючи нові речовини.

Сполуки, які складаються з атомів одного елементу, називаються гомосполуками. Найбільш стійка за звичайних умов гомосполука елементу називається простою речовиною. Наприклад, Карбон утворює графіт і алмаз, Оксиген утворює атомарний кисень О, молекулярний кисень О₂ і озон О₃. Серед цих прикладів простими сполуками є графіт та молекулярний кисень, як більш стійки за звичайних умов. Явище існування кількох гомосполук одного елементу називається алотропією.

Сполуки, які складаються з атомів різних елементів називають гетеросполуками, або складними речовинами, наприклад, вода Н₂О, амоніак NH₃, сульфатна кислота H₂SO₄, тощо.

Найважливішою характеристикою молекули є її склад, який описується хімічними формулами. Використовують декілька видів хімічних формул. Для сполук з молекулярною будовою використовуються молекулярні формули, які відображають якісний склад та кількісні співвідношення атомів у молекулі. Наприклад, молекула СО₂ складається атомів Карбону і Оксигену у співвідношеннях 1:2.

В електронних формулах зображуються зв'язки між атомами у молекулі, які утворюються спільними електронними парами, наприклад, Н : Н, О :: О , Н : О: Н. Такими формулами користуються, коли треба розібрати механізми утворення зв’язків у молекулі.

Структурні формули показують порядок з’єднання атомів в молекулах:

О Н Н О О

Са S

О Н Н О О

Не всі речовини складаються з молекул. Молекулярну будову мають більшість органічних речовин та частина неорганічних, наприклад, прості речовини водень Н₂, кисень О₂, йод І₂; складні – галогеніди, сульфіди, гідриди, оксиди неметалів (CО₂, SO₃, РСІ₃, Н₂S, AsH₃) і безводні неорганічні кислоти (HBr, HI).

Більшість твердих неорганічних речовин (основні оксиди, луги, солі) складаються з іонів або поляризованих атомів. Носієм хімічних властивостей речовини в них є сукупність частинок, кількісне співвідношення в якій відображає склад речовини , наприклад, NaCl, KOH, K₂SO₄. Тому не можна застосовувати поняття “молекула” щодо речовин з немолекулярною будовою.

Формули немолекулярних сполук базуються на результатах дослідів елементного аналізу і теж показують якісний і кількісний склад сукупності частинок, що утворюють ці речовини. Наприклад, речовина калій карбонат складається з сукупності атомів Калію, Карбону і Оксигену у співвідношенні 2:1:3, тому формула буде К₂СО₃.

Іоном називається заряджена частинка, яка утворюється внаслідок відщеплення або приєднання електронів та внаслідок електролітичної дисоціації. Позитивно заряджений іон називається катіоном ( К⁺, Н⁺), негативно заряджений – аніоном ( ОН^-, СО₃^2-).

Відносна молекулярна маса – це величина, що визначається відношенням маси молекули до величини 1 а.о.м. Відносна молекулярна маса розраховується за хімічною формулою і дорівнює сумі відносних атомних мас усіх атомів, які входять до складу молекули.

Мr (АаВв) = а ^. Аr(A) + в ^. Ar (B)

Наприклад, Мr (Н₂О) = 2 ^. Аr(Н) + 1 ^. Ar (О) = 2 . 1,008 + 1 . 15,99 = 17,9916  18.

Відносні атомні і молекулярні маси – безрозмірні величини. Вони чисельно дорівнюють атомній і молекулярній масам, вираженим у а.о.м. Наприклад, молекулярна маса води А (Н₂О) = 18 а.о.м.

Кількість речовини () визначається числом частинок – структурних одиниць речовини, з яких вона складається: молекул, атомів, іонів, електронів, протонів, тощо. Одиницею вимірювання кількісті речовини є моль.

Моль – кількість речовини, що містить стільки структурних або формульних одиниць, скількі атомів містяться у ізотопі Карбону ¹²С масою 0,012 кг. Один моль містить 6,02 ^.10²³ частинок. Ця величина називається сталою Авогадро, позначається N_A і має розмірність моль ^-1. Наприклад, 1 моль води Н₂О містить 6,02 ^.10²³ молекул, 1 моль хлориду натрію NaCl містить 6,02 ^.10²³ формульних одиниць, 1 моль іонів міді Сu 2+ містить 6,02 ^.10²³ іонів міді.

 = m/M;  = N/N_А;  = V/V_m

де m – маса речовини, г; М-молярна маса речовини, г/моль; N - число часток речовини, N_А - число Авогадро, моль^-1; V - обєм речовини, л; V_m- молярний обєм речовини, л/моль.

Молярна маса – це маса одного моля речовини, позначається через М і має розмірність г/моль ( кг/моль, кг моль^-1). У г/моль вона чисельно дорівнює відносній молекулярній масі. Доведемо це.

Нехай  = 1моль., тоді маса 1 молю є масою N_А молекул; m – маса однієї молекули, m = Мr1 а.о.м.

М = Мr(1,66^.10^-24 г)  (6,02 ^.10²³моль^-1) = Мr,(г ^. моль^-1)

Молярний обєм - обєм газоподібної речовини або суміші газів, в якому міститься один моль речовини (6,02 ^.10²³ молекул).

V_m = V/

На відміну від молярної маси, молярний обєм газу залежить від умов – тиску і температури. В хімії найчастіше використовують молярний обєм газу за нормальних умов ( Т= 273 К, Р= 101,325 кПа)- V = 22,4 л/моль.