Химия, краткий курс лекций. Краткий курс лекций по дисциплине «химия
Е.Н.ФРЕНКЕЛЬ
Самоучитель по химии
Пособие для тех, кто не знает, но хочет узнать и понять химию
Часть I. Элементы общей химии
(первый уровень сложности)
Я, Френкель Евгения Николаевна, заслуженный работник высшей школы РФ, выпускница химического факультета МГУ 1972 г., педагогический стаж 34 года. Кроме того, я мать троих детей и бабушка четырех внуков, старший из которых школьник.
Меня волнует проблема школьных учебников. Главная беда многих из них – тяжелый язык, который требует дополнительного «перевода» на понятный школьнику язык изложения учебного материала. Ко мне часто обращаются ученики средней школы с такой просьбой: «Переведите текст учебника, чтобы понятно было». Поэтому я написала «Самоучитель по химии», в котором многие сложные вопросы изложены вполне доступно и в то же время научно. На основе этого «Самоучителя», который был написан в 1991 г., я разработала программу и содержание подготовительных курсов. На них обучались сотни школьников. Многие из них начинали с нуля и за 40 занятий понимали предмет настолько, что сдавали экзамены на «4» и «5». Поэтому в нашем городе мои пособия-самоучители расходятся как горячие пирожки.
Может, и другим пригодятся мои наработки?
Статья подготовлена при поддержке учебного центра «МакарОФФ». Учебный центр предлагает Вам пройти курсы маникюра в Москве недорого . Профессиональная школа маникюра проводит обучение по маникюру, педикюру, наращиванию и дизайну ногтей, а также курсы мастеров-универсалов ногтевого сервиса, наращивание ресниц, микроблейдинг, шугаринг и эпиляция воском. Центр выдаёт дипломы после обучения и гарантированное трудоустройство. Подробная информация обо всех программах обучения, цены, расписание, акции и скидки, контакты на сайте: www.akademiyauspeha.ru .
Предисловие
Уважаемые читатели! Предлагаемый вашему вниманию «Самоучитель по химии» – не обычный учебник. В нем не просто излагаются какие-то факты или описываются свойства веществ. «Самоучитель» объясняет и учит даже в том случае, если вы, к сожалению, не знаете и не понимаете химии, а к учителю обратиться за разъяснениями не можете или стесняетесь. В виде рукописи эта книга используется школьниками с 1991 г., и не было ни одного ученика, который бы провалился на экзамене по химии и в школе, и в вузах. Причем многие из них совсем не знали химии.
«Самоучитель» рассчитан на самостоятельную работу ученика. Главное – отвечать по ходу чтения на те вопросы, которые встречаются в тексте. Если вы не смогли ответить на вопрос, то читайте внимательнее текст еще раз – все ответы имеются рядом. Желательно также выполнять все упражнения, которые встречаются по ходу объяснения нового материала. В этом помогут многочисленные обучающие алгоритмы, которые практически не встречаются в других учебниках. С их помощью вы научитесь:
Составлять химические формулы по валентности;
Составлять уравнения химических реакций, расставлять в них коэффициенты, в том числе в уравнениях окислительно-восстановительных процессов;
Составлять электронные формулы (в том числе краткие электронные формулы) атомов и определять свойства соответствующих химических элементов;
Предсказывать свойства некоторых соединений и определять, возможен данный процесс или нет.
В пособии два уровня сложности. Самоучитель первого уровня сложности состоит из трех частей.
I часть. Элементы общей химии (публикуемая ).
II часть. Элементы неорганической химии.
III часть. Элементы органической химии.
Книг второго уровня сложности тоже три.
Теоретические основы общей химии.
Теоретические основы неорганической химии.
Теоретические основы органической химии.
|
Глава 1. Основные понятия химии.
Глава 2. Важнейшие классы неорганических соединений.
Глава 3. Элементарные сведения о строении атома. Периодический закон Д.И.Менделеева.
Глава 4. Понятие о химической связи. Глава 5. Растворы. Глава 6. Электролитическая диссоциация.
Глава 7. Понятие об окислительно-восстановительных реакциях. Глава 8. Расчеты по химическим формулам и уравнениям.
Приложение. |
Глава 1. Основные понятия химии
Что такое химия? Где мы встречаемся с химическими явлениями?
Химия – везде. Сама жизнь – это бесчисленное множество разнообразных химических реакций, благодаря которым мы дышим, видим голубое небо, ощущаем изумительный запах цветов.
Что изучает химия?
Химия изучает вещества, а также химические процессы, в которых участвуют эти вещества.
Что такое вещество?
Вещество – это то, из чего состоит окружающий нас мир и мы сами.
Что такое химический процесс (явление)?
К химическим явлениям относятся процессы, в результате которых изменяется состав или строение молекул, образующих данное вещество*. Изменились молекулы – изменилось вещество (оно стало другим), изменились его свойства. Например, свежее молоко стало кислым, зеленые листья стали желтыми, сырое мясо при обжаривании изменило запах.
Все эти изменения – следствие сложных и многообразных химических процессов. Однако признаки простых химических реакций, в результате которых изменяется состав и строение молекул, такие же: изменение цвета, вкуса или запаха, выделение газа, света или тепла, появление осадка.
Что же такое молекулы, изменение которых влечет за собой столь разнообразные проявления?
Молекулы – это мельчайшие частицы вещества, отражающие его качественный и количественный состав и его химические свойства.
Изучая состав и строение одной молекулы, можно предсказать многие свойства данного вещества в целом. Такие исследования – одна из главных задач химии.
Как устроены молекулы? Из чего они состоят?
Молекулы состоят из атомов. Атомы в молекуле соединены при помощи химических связей. Каждый атом обозначается при помощи символа (химического знака). Например, Н – атом водорода, О – атом кислорода.
Число атомов в молекуле обозначают при помощи индекса – цифры внизу справа после символа.
Например:
Примеры молекул:
О 2 – это молекула вещества кислорода, состоящая из двух атомов кислорода;
Н 2 О – это молекула вещества воды, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода.
Если атомы не связаны химической связью, то их число обозначают при помощи коэффициента – цифры перед символом:
Аналогично изображают число молекул:
2Н 2 – две молекулы водорода;
3Н 2 О – три молекулы воды.
Почему атомы водорода и кислорода имеют разные названия и разные символы? Потому что это атомы разных химических элементов.
Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядер.
Что такое ядро атома? Почему заряд ядра является признаком принадлежности атома к данному химическому элементу? Чтобы ответить на эти вопросы, следует уточнить: изменяются ли атомы в химических реакциях, из чего состоит атом?
Нейтральный атом не имеет заряда, хотя и состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов:
В ходе химических реакций число электронов любого атома может изменяться, а вот заряд ядра атома не меняется . Поэтому заряд ядра атома – своеобразный «паспорт» химического элемента. Все атомы с зарядом ядра +1 принадлежат химическому элементу под названием водород. Атомы с зарядом ядра +8 относятся к химическому элементу кислороду.
Каждому химическому элементу присвоен химический символ (знак), порядковый номер в таблице Д.И.Менделеева (порядковый номер равен заряду ядра атома), определенное название, а для некоторых химических элементов – особое прочтение символа в химической формуле (табл. 1).
Таблица 1
Символы (знаки) химических элементов
| № п/п | № в таблице Д.И.Менделеева | Символ | Прочтение в формуле | Название |
| 1 | 1 | H | аш | Водород |
| 2 | 6 | C | це | Углерод |
| 3 | 7 | N | эн | Азот |
| 4 | 8 | O | о | Кислород |
| 5 | 9 | F | фтор | Фтор |
| 6 | 11 | Na | натрий | Натрий |
| 7 | 12 | Mg | магний | Магний |
| 8 | 13 | Al | алюминий | Алюминий |
| 9 | 14 | Si | силициум | Кремний |
| 10 | 15 | P | пэ | Фосфор |
| 11 | 16 | S | эс | Сера |
| 12 | 17 | Cl | хлор | Хлор |
| 13 | 19 | K | калий | Калий |
| 14 | 20 | Ca | кальций | Кальций |
| 15 | 23 | V | ванадий | Ванадий |
| 16 | 24 | Cr | хром | Хром |
| 17 | 25 | Mn | марганец | Марганец |
| 18 | 26 | Fe | феррум | Железо |
| 19 | 29 | Cu | купрум | Медь |
| 20 | 30 | Zn | цинк | Цинк |
| 21 | 35 | Br | бром | Бром |
| 22 | 47 | Ag | аргентум | Серебро |
| 23 | 50 | Sn | станнум | Олово |
| 24 | 53 | I | йод | Йод |
| 25 | 56 | Ba | барий | Барий |
| 26 | 79 | Au | аурум | Золото |
| 27 | 80 | Hg | гидраргирум | Ртуть |
| 28 | 82 | Pb | плюмбум | Cвинец |
Вещества бывают простые и сложные . Если молекула состоит из атомов одного химического элемента, это простое вещество. Простые вещества – Са, Сl 2 , О 3 , S 8 и т. д.
Молекулы сложных веществ состоят из атомов разных химических элементов. Сложные вещества – H 2 O, NO, H 3 PO 4, C 12 H 22 O 11 и т. д.
Задание 1.1. Укажите число атомов в молекулах сложных веществ H 2 O, NO, H 3 PO 4 , C 12 H 22 O 11 , назовите эти атомы.
Возникает вопрос: почему для воды всегда записывается формула Н 2 О, а не НО или НО 2 ? Опыт доказывает, что состав воды, полученной любым способом или взятой из любого источника, всегда соответствует формуле Н 2 О (речь идет о чистой воде).
Дело в том, что атомы в молекуле воды и в молекуле любого другого вещества соединены при помощи химических связей. Химическая связь соединяет как минимум два атома. Поэтому, если молекула состоит из двух атомов и один из них образует три химические связи, то другой также образует три химические связи.
Число химических связей , образуемых атомом, называют его валентностью .
Если обозначить каждую химическую связь черточкой, то для молекулы из двух атомов АБ получим АБ, где тремя черточками показаны три связи, образуемые элементами А и Б между собой.
В данной молекуле атомы А и Б трехвалентны.
Известно, что атом кислорода двухвалентен, атом водорода одновалентен.
В о п р о с. Сколько атомов водорода может присоединиться к одному атому кислорода?
О т в е т. Два атома. Состав воды описывают формулой Н–О–Н, или Н 2 О.
П о м н и т е! В устойчивой молекуле не может быть «свободных», «лишних» валентностей. Поэтому для двухэлементной молекулы число химических связей (валентностей) атомов одного элемента равно общему числу химических связей атомов другого элемента.
Валентность атомов некоторых химических элементов постоянна (табл. 2).
Таблица 2
Значение постоянных валентностей некоторых элементов
Для других атомов валентность** можно определить (вычислить) из химической формулы вещества. При этом нужно учитывать изложенное выше правило о химической связи. Например, определим валентность x марганца Mn по формуле вещества MnO 2:
Общее число химических связей, образуемых
одним и другим элементом (Mn и О), одинаково:
x
· 1 = 4; II · 2 = 4. Отсюда х
= 4, т.е. в этой
химической формуле марганец четырехвалентен.
П р а к т и ч е с к и е в ы в о д ы
1. Если один из атомов в молекуле одновалентен, то валентность второго атома равна числу атомов первого элемента (см. на индекс!):
2. Если число атомов в молекуле одинаково, то валентность первого атома равна валентности второго атома:
3. Если у одного из атомов индекс отсутствует, то его валентность равна произведению валентности второго атома на его индекс:
4. В остальных случаях ставьте валентности «крест-накрест», т.е. валентность одного элемента равна индексу другого элемента:
Задание 1.2. Определите валентности элементов в соединениях:
CO 2 , CO, Mn 2 O 7 , Cl 2 O, P 2 O 3 , AlP, Na 2 S, NH 3 , Mg 3 N 2 .
П о д с к а з к а. Сначала укажите валентность атомов, у которых она постоянная. Аналогично определяется валентность атомных групп ОН, РО 4 , SО 4 и др.
Задание 1.3. Определите валентности атомных групп (в формулах подчеркнуты):
H 3 PO 4 , Ca(OH ) 2 , Ca 3 (PO 4) 2 , H 2 SO 4 , CuSO 4 .
(Обратите внимание! Одинаковые группы атомов имеют одинаковые валентности во всех соединениях.)
Зная валентности атома или группы атомов, можно составить формулу соединения. Для этого пользуются следующими правилами.
Если валентности атомов одинаковы, то и число атомов одинаково, т.е. индексы не ставим:
Если валентности кратны (обе делятся на одно и то же число), то число атомов элемента с меньшей валентностью определяем делением:
В остальных случаях индексы определяют «крест-накрест»:
Задание 1.4. Составьте химические формулы соединений:
Вещества, состав которых отражают химические формулы, могут участвовать в химических процессах (реакциях). Графическая запись, соответствующая данной химической реакции, называется уравнением реакции . Например, при сгорании (взаимодействии с кислородом) угля происходит химическая реакция:
С + O 2 = CO 2 .
Запись показывает, что один атом углерода С, соединяясь с одной молекулой кислорода O 2 , образует одну молекулу углекислого газа СО 2 . Число атомов каждого химического элемента до и после реакции должно быть одинаково . Это правило – следствие закона сохранения массы вещества. Закон сохранения массы: масса исходных веществ равна массе продуктов реакции.
Закон был открыт в XVIII в. М.В.Ломоносовым и, независимо от него, А.Л.Лавуазье.
Выполняя этот закон, необходимо в уравнениях химических реакций расставлять коэффициенты так, чтобы число атомов каждого химического элемента не изменялось в результате реакции. Например, при разложении бертолетовой соли KClO 3 получается соль KСl и кислород О 2:
KClO 3 KСl + О 2 .
Число атомов калия и хлора одинаково, а кислорода – разное. Уравняем их:
Теперь изменилось число атомов калия и хлора до реакции. Уравняем их:
Наконец, между правой и левой частями уравнения можно поставить знак равенства:
2KClO 3 = 2KСl + 3О 2 .
Полученная запись показывает, что при разложении сложного вещества KClO 3 получаются два новых вещества – сложное KСl и простое – кислород O 2 . Числа перед формулами веществ в уравнениях химических реакций называют коэффициентами .
При подборе коэффициентов необязательно считать отдельные атомы. Если в ходе реакции не изменился состав некоторых атомных групп, то можно учитывать число этих групп, считая их единым целым. Составим уравнение реакции веществ CaCl 2 и Na 3 PO 4:
CaCl 2 + Na 3 PO 4 ……………… .
П о с л е д о в а т е л ь н о с т ь д е й с т в и й
1) Определим валентность исходных атомов и группы PO 4:
2) Напишем правую часть уравнения (пока без индексов, формулы веществ в скобках надо уточнить):
3) Составим химические формулы полученных веществ по валентностям составных частей:
4) Обратим внимание на состав самого сложного соединения Ca 3 (PO 4) 2 и уравняем число атомов кальция (их три) и число групп РО 4 (их две):
5) Число атомов натрия и хлора до реакции теперь стало равным шести. Поставим соответствующий коэффициент в правую часть схемы перед формулой NaCl:
3CaCl 2 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 6NaCl.
Пользуясь такой последовательностью, можно уравнять схемы многих химических реакций (за исключением более сложных окислительно-восстановительных реакций, см. главу 7).
Типы химических реакций. Химические реакции бывают разных типов. Основными являются четыре типа – соединение, разложение, замещение и обмен.
1. Реакции соединения – из двух и более веществ образуется одно вещество:
Например:
Са + Сl 2 = CaCl 2 .
2. Реакции разложения – из одного вещества получаются два вещества или более:
Например:
Ca(HCO 3) 2 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
3. Реакции замещения – реагируют простое и сложное вещества, образуются также простое и сложное вещества, причем простое вещество замещает часть атомов сложного вещества:
А + ВХ АХ + В.
Например:
Fe + CuSO 4 = Cu + FeSO 4 .
4. Реакции обмена – здесь реагируют два сложных вещества и получаются два сложных вещества. В ходе реакции сложные вещества обмениваются своими составными частями:
Упражнения к главе 1
1. Выучите табл. 1. Проверьте себя, напишите химические символы: серы, цинка, олова, магния, марганца, калия, кальция, свинца, железа и фтора.
2. Напишите символы химических элементов, которые в формулах произносятся как: «аш», «о», «купрум», «эс», «пэ», «гидраргирум», «станнум», «плюмбум», «эн», «феррум», «це», «аргентум». Назовите эти элементы.
3. Укажите число атомов каждого химического элемента в формулах соединений:
Al 2 S 3 , СаS, МnО 2 , NH 3 , Mg 3 P 2 , SO 3 .
4. Определите, какие из веществ – простые, а какие – сложные:
Na 2 O, Na, O 2 , CaCl 2 , Cl 2 .
Прочитайте формулы этих веществ.
5. Выучите табл. 2. Составьте химические формулы веществ по известной валентности элементов и атомных групп:
6. Определите валентность химических элементов в соединениях:
N 2 O, Fe 2 O 3 , PbO 2 , N 2 O 5, HBr, SiH 4 , H 2 S, MnO, Al 2 S 3 .
7. Расставьте коэффициенты и укажите типы химических реакций:
а) Mg + O 2 MgO;
б) Al + CuCl 2 AlCl 3 + Cu;
в) NaNO 3 NaNO 2 + O 2 ;
г) AgNO 3 + BaCl 2 AgCl + Ba(NO 3) 2 ;
д) Al + HCl AlCl 3 + H 2 ;
е) KOH + H 3 PO 4 K 3 PO 4 + H 2 O;
ж) CH 4 C 2 H 2 + H 2 .
* Существуют вещества, построенные не из молекул. Но об этих веществах речь пойдет позже (см. главу 4).
** Строго говоря, по нижеизложенным правилам определяют не валентность, а степень окисления (см. главу 7). Однако во многих соединениях числовые значения этих понятий совпадают, поэтому по формуле вещества можно определять и валентность.
Печатается с продолжением
М.: Высшая школа, 2002. - 415с.
Пособие предназначено для школьников, абитуриентов и учителей. В пособии в краткой, но информативной и ясной форме изложены современные основы химии. Это - основы, которые надо понимать каждому выпускнику средней школы и совершенно обязательно знать каждому, кто видит себя студентом-химиком, медиком или биологом XXI века.
Формат: pdf
Размер: 1 3,4 Мб
Скачать: drive.google
Формат: djvu
Размер: 5 Мб
Скачать: yandex.disk
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ...................... 3
ЧАСТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ............ 5
ГЛАВА 1. Основные понятия и законы химии .......... 5
§ 1.1. Предмет химии................. 5
§1.2. Атомно-молекулярная теория............ 7
§ 1.3. Закон сохранения массы и энергии.......... 10
§ 1.4. Периодический закон............... 12
§ 1.5. Основные понятия химии............. 14
§ 1.6. Стехиометрические соотношения в химии........ 18
§ 1.7. Газовые законы................. 19
ГЛАВА 2. Строение атома ................. 22
§ 2.1. Развитие представлений о сложном строении атома.... 22
§ 2.2. Квантовые числа электронов............ 25
§ 2.3. Распределение электронов в атомах.......... 28
§ 2.4. Радиоактивные превращения............ 33
§ 2.5. Периодичность свойств атомов элементов....... 37
ГЛАВА 3. Химическая связь и строение молекул ......... 41
§ 3.1. Природа химической связи............. 41
§ 3.2. Ковалентная связь................ 44
§ 3.3. Ионная связь.................. 48
§ 3.4. Металлическая связь............... 50
§ 3.5. Межмолекулярные химические связи......... 51
§ 3.6. Валентность и степень окисления........... 55
§ 3.7. Пространственное строение молекул......... 58
ГЛАВА 4. Состояния вещества ................ 63
§ 4.1. Характерные свойства газов, жидкостей и твердых тел... 63
§ 4.2. Фазовые диаграммы веществ............ 66
§ 4.3. Газы..................... 68
§ 4.4. Жидкости................... 70
§ 4.5. Кристаллические вещества............. 73
§ 4.6. Различные формы существования веществ....... 80
ГЛАВА 5. Энергетические эффекты химических реакций ...... 81
§ 5.1. Выделение и поглощение энергии в химических реакциях.. 81
§ 5.2. Экзотермические и эндотермические реакции. Термохимический
закон Гесса................... 87
ГЛАВА 6. Кинетика химических реакций ............ 93
§ 6.1. Основные понятия и постулаты химической кинетики... 93
§ 6.2. Влияние температуры на скорость реакции........ 97
§ 6.3. Катализ.................... 99
ГЛАВА 7. Химическое равновесие ............... 103
§ 7.1. Определение состояния равновесия.......... 103
§ 7.2. Константа химического равновесия.......... 105
§ 7.3. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.. 108
§ 7.4. Об оптимальных условиях получения веществ в промышленных
масштабах................... 111
ГЛАВА 8. Растворы .................... 114
§ 8.1. Растворение как физико-химический процесс....... 114
§ 8.2. Факторы, влияющие на растворимость веществ...... 117
§ 8.3. Способы выражения концентрации растворов...... 121
ГЛАВА 9. Электролитическая диссоциация и ионные реакции в растворах . 122
§ 9.1. Электролиты и электролитическая диссоциация...... 122
§ 9.2. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Константа диссоциации....... 123
§ 9.3. Ионные уравнения реакций............. 126
§ 9.4. Гидролиз солей................. 128
ГЛАВА 10. Основные типы химических реакций .......... 129
§ 10.1. Символика и классификационные признаки реакций.... 129
§ 10.2. Классификация по числу и составу реагентов и продуктов реакции..................... 131
§ 10.3. Классификация реакций по фазовым признакам..... 136
§ 10.4. Классификация реакций по типу переносимых частиц... 137
§ 10.5. Обратимые и необратимые химические реакции..... 138
ГЛАВА 11. Окислительно-восстановительные процессы ....... 140
§ 11.1. Окислительно-восстановительные реакции....... 140
§ 11.2. Подбор стехиометрических коэффициентов в ОВР.... 144
§ 11.3. Стандартные потенциалы ОВР........... 148
§ 11.4. Электролиз растворов и расплавов электролитов..... 152
ЧАСТЬ II . НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ........... 154
ГЛАВА 12. Общая характеристика неорганических соединений, их классификация и номенклатура .154
§ 12.1. Оксиды.................... 155
§ 12.2. Основания (гидроксиды металлов).......... 158
§ 12.3. Кислоты................... 160
§ 12.4. Соли..................... 165
ГЛАВА 13. Водород .................... 168
§ 13.1. Строение атома и положение в периодической системе Д.И.
Менделеева.................. 168
§ 13.2. Химические свойства водорода........... 171
§ 13.3. Получение водорода и его применение........ 173
§ 13.4. Оксиды водорода................ 174
ГЛАВА 14. Галогены ................... 178
§ 14.1. Физические свойства галогенов........... 178
§ 14.2. Химические свойства и получение галогенов....... 180
§ 14.3. Галогеноводороды, галогеноводородные кислоты и их соли 185
§ 14.4. Кислородсодержащие соединения галогенов...... 187
ГЛАВА 15. Халькогены .................. 190
§ 15.1. Общая характеристика.............. 190
§ 15.2. Простые вещества................ 191
§ 15.3. Соединения серы................ 196
ГЛАВА 16. Подгруппа азота ................. 204
§ 16.1. Общая характеристика.............. 204
§ 16.2. Свойства простых веществ............. 205
§ 16.3. Аммиак. Фосфин. Галогениды фосфора........ 207
§ 16.4. Оксиды азота. Азотная и азотистая кислоты...... 210
§ 16.5. Оксиды и кислоты фосфора............ 214
ГЛАВА 17. Подгруппа углерода ............... 218
§ 17.1. Общая характеристика.............. 218
§ 17.2. Углерод.................... 219
§ 17.3. Оксиды углерода................ 223
§ 17.4. Угольная кислота и ее соли............ 226
§ 17.5. Кремний................... 228
§ 17.6. Соединения кремния со степенью окисления +4..... 230
§ 17.7. Соединения кремния со степенью окисления -4..... 233
ГЛАВА 18. Свойства s -металлов и их соединений .......... 234
§ 18.1. Общая характеристика.............. 234
§ 18.2. Химические свойства металлов........... 236
§ 18.3. Соединения s -металлов.............. 239
ГЛАВА 19. Алюминий и бор .................. 240
§ 19.1. Общая характеристика.............. 240
§ 19.2. Свойства и получение простых веществ........ 242
§ 19.3. Соединения бора и алюминия............ 247
ГЛАВА 20. Главные переходные металлы ............ 249
§ 20.1. Общая характеристика.............. 249
§ 20.2. Хром и его соединения.............. 251
§ 20.3. Марганец и его соединения............. 253
§ 20.4. Триада железа................. 255
§ 20.5. Производство чугуна и стали............ 258
§ 20.6. Медь и ее соединения............... 261
§ 20.7. Цинк и его соединения.............. 263
§ 20.8. Серебро и его соединения............. 264
ГЛАВА 21. Благородные газы ................ 265
§ 21.1. Общая характеристика.............. 265
§ 21.2. Химические соединения благородных газов....... 267
§ 21.3. Применение благородных газов........... 269
ЧАСТЬ III . ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ............ 271
ГЛАВА 22. Основные понятия и закономерности в органической химия .. 271
§ 22.1. Предмет органической химии............ 271
§ 22.2. Классификация органических соединений........ 272
§ 22.3. Номенклатура органических соединений........ 274
§ 22.4. Изомерия органических соединений......... 278
§ 22.5. Электронные эффекты и реакционная способность органических соединений....... 279
§ 22.6. Общая характеристика.............. 281
ГЛАВА 23. Насыщенные углеводороды ............. 283
§ 23.1. Алканы.................... 283
§ 23.2. Циклоалканы.................. 286
ГЛАВА 24. Алкены и алкадиены ............... 289
§ 24.1. Алкены.................... 289
§ 24.2. Диеновые углеводороды.............. 293
ГЛАВА 25. Алкины .................... 295
§ 25.1. Общая характеристика.............. 295
§ 25.2. Получение и химические свойства.......... 296
ГЛАВА 26. Арены .................... 300
§ 26.1. Общая характеристика.............. 300
§ 26.2. Получение и химические свойства.......... 303
§ 26.3. Ориентанты (заместители) первого и второго рода.... 308
ГЛАВА 27. Спирт и фенолы ................. 310
§ 27.1. Общая характеристика.............. 310
§ 27.2. Одноатомные спирты...............311
§ 27.3. Многоатомные спирты.............. 315
§ 27.4. Фенолы.................... 316
ГЛАВА 28. Альдегиды и кетоны ............... 321
§ 28.1. Общая характеристика.............. 321
§ 28.2. Способы получения............... 323
§ 28.3. Химические свойства............... 324
ГЛАВА 29. Карбоновые кислоты ............... 327
§ 29.1. Классификация, номенклатура и изомерия....... 327
§ 29.2. Одноосновные предельные карбоновые кислоты..... 334
§ 29.3. Одноосновные непредельные карбоновые кислоты.... 339
§ 29.4. Ароматические карбоновые кислоты......... 342
§ 29.5. Двухосновные карбоновые кислоты.......... 343
ГЛАВА 30. Функциональные производные карбоновых кислот ..... 345
§ 30.1. Классификация функциональных производных...... 345
§ 30.2. Ангидриды карбоновых кислот........... 346
§ 30.3. Галогенангидриды карбоновых кислот........ 348
§ 30.4. Амиды карбоновых кислот............. 350
§ 30.5. Сложные эфиры................. 352
§ 30.6. Жиры.................... 353
ГЛАВА 31. Углеводы (сахара) ................ 357
§ 31.1. Моносахариды.................. 357
§ 31.2. Отдельные представители моносахаридов....... 363
§ 31.3. Олигосахариды................. 366
§ 31.4. Полисахариды................. 368
ГЛАВА 32. Амины .................... 371
§ 32.1. Предельные алифатические амины.......... 371
§ 32.2. Анилин.................... 375
ГЛАВА 33. Аминокислоты. Пептиды. Белки ............ 377
§ 33.1. Аминокислоты................. 377
§ 33.2. Пептиды................... 381
§ 33.3. Белки.................... 383
ГЛАВА 34. Азотсодержащие гетероциклические соединения ...... 387
§ 34.1. Шестичленные гетероциклы............ 387
§ 34.2. Соединения с пятичленным циклом.......... 390
ГЛАВА 35. Нуклеиновые кислоты ............... 393
§ 35.1. Нуклеотиды и нуклеозиды............. 393
§ 35.2. Строение нуклеиновых кислот............ 395
§ 35.3. Биологическая роль нуклеиновых кислот........ 398
ГЛАВА 36. Синтетические высокомолекулярные соединения (полимеры) .
Пособие предназначено для школьников, абитуриентов и учителей. В пособии в краткой, но информативной и ясной форме изложены современные основы химии. Это - основы, которые надо понимать каждому выпускнику средней школы и совершенно обязательно знать каждому, кто видит себя студентом-химиком, медиком или биологом XXI века.
Атомно-молекулярная теория.
Атомно-молекулярная теория строения вещества возникла в результате попыток ученых решить два основных вопроса. 1) Из чего состоят вещества? 2) Почему вещества бывают разными и почему одни вещества могут превращаться в другие? Основные положения этой теории можно сформулировать следующим образом:
1. Все вещества состоят из молекул. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.
2. Молекулы состоят из атомов. Атом - наименьшая частица элемента в химических соединениях. Разным элементам соответствуют разные атомы.
3. При химических реакциях молекулы одних веществ превращаются в молекулы других веществ. Атомы при химических реакциях не изменяются.
Рассмотрим кратко историю создания и развития атомно-молекулярной теории.
Атомы были придуманы в Греции в V в. до н. э. Философ Левкипп задался вопросом, можно ли каждую часть материи, какая бы малая она ни была, разделить на еще более мелкие части. Левкипп считал, что в результате такого деления можно получить настолько малую частицу, что дальнейшее деление станет невозможным. Ученик Левкиппа, философ Демокрит назвал эти крошечные частицы «атомами». Он считал, что атомы каждого элемента имеют особые размеры и форму и что именно этим объясняются различия в свойствах элементов. Вещества, которые мы видим и ощущаем, представляют собой соединения атомов различных элементов, и, изменив природу этого соединения, можно одно вещество превратить в другое. Демокрит создал атомную теорию почти в современном виде. Однако эта теория - лишь плод философских размышлений, не подтвержденный экспериментальными наблюдениями.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
ЧАСТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 5
ГЛАВА 1. Основные понятия и законы химии 5
§ 1.1. Предмет химии 5
§1.2. Атомно-молекулярная теория 7
§ 1.3. Закон сохранения массы и энергии 10
§ 1.4. Периодический закон 12
§ 1.5. Основные понятия химии 14
§ 1.6. Стехиометрические соотношения в химии 18
§ 1.7. Газовые законы 19
ГЛАВА 2. Строение атома 22
§ 2.1. Развитие представлений о сложном строении атома 22
§ 2.2. Квантовые числа электронов 25
§ 2.3. Распределение электронов в атомах 28
§ 2.4. Радиоактивные превращения 33
§ 2.5. Периодичность свойств атомов элементов 37
ГЛАВА 3. Химическая связь и строение молекул 41
§ 3.1. Природа химической связи 41
§ 3.2. Ковалентная связь 44
§ 3.3. Ионная связь 48
§ 3.4. Металлическая связь 50
§ 3.5. Межмолекулярные химические связи 51
§ 3.6. Валентность и степень окисления 55
§ 3.7. Пространственное строение молекул 58
ГЛАВА 4. Состояния вещества 63
§ 4.1. Характерные свойства газов, жидкостей и твердых тел 63
§ 4.2. Фазовые диаграммы веществ 66
§ 4.3. Газы 68
§ 4.4. Жидкости 70
§ 4.5. Кристаллические вещества 73
§ 4.6. Различные формы существования веществ 80
ГЛАВА 5. Энергетические эффекты химических реакций 81
§ 5.1. Выделение и поглощение энергии в химических реакциях 81
§ 5.2. Экзотермические и эндотермические реакции. Термохимический закон Гесса 87
ГЛАВА 6. Кинетика химических реакций 93
§ 6.1. Основные понятия и постулаты химической кинетики 93
§ 6.2. Влияние температуры на скорость реакции 97
§ 6.3. Катализ 99
ГЛАВА 7. Химическое равновесие 103
§ 7.1. Определение состояния равновесия 103
§ 7.2. Константа химического равновесия 105
§ 7.3. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье 108
§ 7.4. Об оптимальных условиях получения веществ в промышленных масштабах 111
ГЛАВА 8. Растворы 114
§ 8.1. Растворение как физико-химический процесс 114
§ 8.2. Факторы, влияющие на растворимость веществ 117
§ 8.3. Способы выражения концентрации растворов 121
ГЛАВА 9. Электролитическая диссоциация и ионные реакции в растворах 122
§ 9.1. Электролиты и электролитическая диссоциация 122
§ 9.2. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Константа диссоциации 123
§ 9.3. Ионные уравнения реакций 126
§ 9.4. Гидролиз солей 128
ГЛАВА 10. Основные типы химических реакций 129
§ 10.1. Символика и классификационные признаки реакций 129
§ 10.2. Классификация по числу и составу реагентов и продуктов реакции 131
§ 10.3. Классификация реакций по фазовым признакам 136
§ 10.4. Классификация реакций по типу переносимых частиц 137
§ 10.5. Обратимые и необратимые химические реакции 138
ГЛАВА 11. Окислительно-восстановительные процессы 140
§ 11.1. Окислительно-восстановительные реакции 140
§ 11.2. Подбор стехиометрических коэффициентов в ОВР 144
§ 11.3. Стандартные потенциалы ОВР 148
§ 11.4. Электролиз растворов и расплавов электролитов 152
ЧАСТЬ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 154
ГЛАВА 12. Общая характеристика неорганических соединений, их классификация и номенклатура 154
§ 12.1. Оксиды 155
§ 12.2. Основания (гидроксиды металлов) 158
§ 12.3. Кислоты 160
§ 12.4. Соли 165
ГЛАВА 13. Водород 168
§ 13.1. Строение атома и положение в периодической системе Д.И. Менделеева 168
§ 13.2. Химические свойства водорода 171
§ 13.3. Получение водорода и его применение 173
§ 13.4. Оксиды водорода 174
ГЛАВА 14. Галогены 178
§ 14.1. Физические свойства галогенов 178
§ 14.2. Химические свойства и получение галогенов 180
§ 14.3. Галогеноводороды, галогеноводородные кислоты и их соли 185
§ 14.4. Кислородсодержащие соединения галогенов 187
ГЛАВА 15. Халькогены 190
§ 15.1. Общая характеристика 190
§ 15.2. Простые вещества 191
§ 15.3. Соединения серы 196
ГЛАВА 16. Подгруппа азота 204
§ 16.1. Общая характеристика 204
§ 16.2. Свойства простых веществ 205
§ 16.3. Аммиак. Фосфин. Галогениды фосфора 207
§ 16.4. Оксиды азота. Азотная и азотистая кислоты 210
§ 16.5. Оксиды и кислоты фосфора 214
ГЛАВА 17. Подгруппа углерода 218
§ 17.1. Общая характеристика 218
§ 17.2. Углерод 219
§ 17.3. Оксиды углерода 223
§ 17.4. Угольная кислота и ее соли 226
§ 17.5. Кремний 228
§ 17.6. Соединения кремния со степенью окисления +4 230
§ 17.7. Соединения кремния со степенью окисления -4 233
ГЛАВА 18. Свойства s-металлов и их соединений 234
§ 18.1. Общая характеристика 234
§ 18.2. Химические свойства металлов 236
§ 18.3. Соединения s-металлов 239
ГЛАВА 19. Алюминий и бор 240
§ 19.1. Общая характеристика 240
§ 19.2. Свойства и получение простых веществ 242
§ 19.3. Соединения бора и алюминия 247
ГЛАВА 20. Главные переходные металлы 249
§ 20.1. Общая характеристика 249
§ 20.2. Хром и его соединения 251
§ 20.3. Марганец и его соединения 253
§ 20.4. Триада железа 255
§ 20.5. Производство чугуна и стали 258
§ 20.6. Медь и ее соединения 261
§ 20.7. Цинк и его соединения 263
§ 20.8. Серебро и его соединения 264
ГЛАВА 21. Благородные газы 265
§ 21.1. Общая характеристика 265
§ 21.2. Химические соединения благородных газов 267
§ 21.3. Применение благородных газов 269
ЧАСТЬ III. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 271
ГЛАВА 22. Основные понятия и закономерности в органической химия 271
§ 22.1. Предмет органической химии 271
§ 22.2. Классификация органических соединений 272
§ 22.3. Номенклатура органических соединений 274
§ 22.4. Изомерия органических соединений 278
§ 22.5. Электронные эффекты и реакционная способность органических соединений 279
§ 22.6. Общая характеристика 281
ГЛАВА 23. Насыщенные углеводороды 283
§ 23.1. Алканы 283
§ 23.2. Циклоалканы 286
ГЛАВА 24. Алкены и алкадиены 289
§ 24.1. Алкены 289
§ 24.2. Диеновые углеводороды 293
ГЛАВА 25. Алкины 295
§ 25.1. Общая характеристика 295
§ 25.2. Получение и химические свойства 296
ГЛАВА 26. Арены 300
§ 26.1. Общая характеристика 300
§ 26.2. Получение и химические свойства 303
§ 26.3. Ориентанты (заместители) первого и второго рода 308
ГЛАВА 27. Спирт и фенолы 310
§ 27.1. Общая характеристика 310
§ 27.2. Одноатомные спирты 311
§ 27.3. Многоатомные спирты 315
§ 27.4. Фенолы 316
ГЛАВА 28. Альдегиды и кетоны 321
§ 28.1. Общая характеристика 321
§ 28.2. Способы получения 323
§ 28.3. Химические свойства 324
ГЛАВА 29. Карбоновые кислоты 327
§ 29.1. Классификация, номенклатура и изомерия 327
§ 29.2. Одноосновные предельные карбоновые кислоты 334
§ 29.3. Одноосновные непредельные карбоновые кислоты 339
§ 29.4. Ароматические карбоновые кислоты 342
§ 29.5. Двухосновные карбоновые кислоты 343
ГЛАВА 30. Функциональные производные карбоновых кислот 345
§ 30.1. Классификация функциональных производных 345
§ 30.2. Ангидриды карбоновых кислот 346
§ 30.3. Галогенангидриды карбоновых кислот 348
§ 30.4. Амиды карбоновых кислот 350
§ 30.5. Сложные эфиры 352
§ 30.6. Жиры 353
ГЛАВА 31. Углеводы (сахара) 357
§ 31.1. Моносахариды 357
§ 31.2. Отдельные представители моносахаридов 363
§ 31.3. Олигосахариды 366
§ 31.4. Полисахариды 368
ГЛАВА 32. Амины 371
§ 32.1. Предельные алифатические амины 371
§ 32.2. Анилин 375
ГЛАВА 33. Аминокислоты. Пептиды. Белки 377
§ 33.1. Аминокислоты 377
§ 33.2. Пептиды 381
§ 33.3. Белки 383
ГЛАВА 34. Азотсодержащие гетероциклические соединения 387
§ 34.1. Шестичленные гетероциклы 387
§ 34.2. Соединения с пятичленным циклом 390
ГЛАВА 35. Нуклеиновые кислоты 393
§ 35.1. Нуклеотиды и нуклеозиды 393
§ 35.2. Строение нуклеиновых кислот 395
§ 35.3. Биологическая роль нуклеиновых кислот 398
ГЛАВА 36. Синтетические высокомолекулярные соединения (полимеры) 400
§ 36.1. Общая характеристика 400
§ 36.2. Пластмассы 402
§ 36.3. Волокна 404
§ 36.4. Каучуки 405
Рекомендуемая литература 410.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Библиотека студента УГНТУ
Краткий курс лекций по дисциплине «химия»
для студентов нехимических специальностей
Под общей редакцией
профессора С.С. Злотского и профессора А.К.Мазитовой
Утверждено Редакционно-издательским советом УГНТУ
в качестве учебного пособия
Авторы: О.Ф.Булатова, С.Б.Денисова, Л.Н.Зорина, О.И.Михайленко, М.А.Молявко, М.Н.Назаров, Л.З.Рольник, Л.Е.Салова, Л.Г.Сергеева, О.Б.Чалова, А.Т.Чанышева, Ф.Б.Шевляков (кафедра «Общая и аналитическая химия»); Ю.Н.Биглова, Е.А.Буйлова, Д.Р.Галиева, Н.М.Шаймарданов (кафедра «Прикладная химия и физика»)
Рецензенты:
Заведующий кафедрой «Химия» Уфимского государственного авиационного технического университета доктор химических наук профессор В.А. Докичев
Заведующий кафедрой «Общая химия» Уфимской государственной академии экономики и сервиса кандидат химических наук
доцент И.П. Журкина
К78 Краткий курс лекций по дисциплине «Химия» /Ю.Н.Биглова и др.; под
общ. ред. С.С. Злотского и А.К. Мазитовой. – Уфа: УГНТУ, 2010. – 69 с.
ISBN 978-5-7831-0955-3
Кратко приведены лекции по дисциплине «Химия». Содержание лекций соответствует государственным образовательным стандартам. Отражен модульный принцип обучения, дано содержание практических и лабораторных занятий, приводится список основной литературы для дополнительного изучения материала. Предназначен для студентов нехимических специальностей: АГ, АТ, АЭ, БАГ, БАТ, БАЭ, БМЗ, БМП, БПГ, БПС, БТЭ, ВВ, ГФ, ДС, МЗ, МП, МС, ПГ, ПС, ТЭ, ЭГ, ЭС, ЭТ, а также АК, БОС, МХ, ОС, ТС, ТН очной и заочной форм обучения.
ISBN 978-5-7831-0955-3 © Уфимский государственный нефтяной
технический университет, 2010
Предисловие
В учебной программе студентов нехимических специальностей технического вуза, в частности УГНТУ, присутствует дисциплина «Химия». Для подавляющего большинства специальностей по данному предмету предусмотрено 12-20 лекций (24-40 часов), 3-5 практических занятий (6-10 часов) и 10-15 лабораторных занятий (20-30 часов).
Содержание лекционного материала включает два основных раздела: строение, общие (интегральные) свойства веществ и свойства важнейших элементов. На практических занятиях в интерактивном режиме подробно рассматриваются узловые, принципиальные вопросы программы, фокусируется внимание на разделах, имеющих наибольшее значение для всего курса. Лабораторные работы посвящены изучению широкого круга проблем термодинамики, кинетики, растворов, электрохимии и превращениям важнейших неорганических соединений. Студенты в ходе выполнения экспериментов получают необходимые навыки и опыт работы с химическими реактивами и реагентами. В совокупности аудиторные занятия, консультации, домашние и самостоятельные работы позволяют учащимся успешно освоить материал программы и в дальнейшем использовать полученные знания по химии при изучении специальных дисциплин.
В настоящее время по курсу «Химия» имеется большое количество учебников, учебных пособий, практикумов, сборников задач и др., как в печатной форме, так и на электронных носителях. Преподавателями кафедр ОАХ и ПХиФ в 2005-2009 годах издана обширная учебная литература для студентов нехимических специальностей (см.список рекомендуемой литературы).
В то же время из опыта преподавания следует, что отсутствие пособия, содержащего базовые сведения по дисциплине в краткой доступной форме, сдерживает рост успеваемости студентов по курсу «Химия».
В этой связи коллективы преподавателей кафедр ОАХ и ПХиФ УГНТУ совместно подготовили настоящее пособие*, цель которого − систематизировать, упростить и облегчить студентам I курса нехимических специальностей изучение и ознакомление с основным содержанием дисциплины «Химия». Краткий конспект каждой из 23-х лекций содержит описание базовых положений, терминов, формул и определений. Даны вопросы для самопроверки и контроля, а также приведены ссылки на 2 - 4 учебника, где данный раздел изложен более детально и подробно. В конце книги имеется расширенный список рекомендуемой учебной литературы и перечислены основные вопросы, выносимые на зачеты и экзамены.
Настоящее пособие не заменяет существующие учебники и практикумы, а, наоборот, предусматривает более подробное и детальное ознакомление и изучение разделов программы по основным учебникам. В то же время простота и доступность учебного пособия, на наш взгляд, позволяет студентам предварительно познакомиться с тематикой и содержанием лекций, лучше представить схему курса, связать между собой отдельные разделы программы.
Авторы − ведущие преподаватели кафедр ОАХ и ПХиФ - в краткой, тезисной форме обобщили и систематизировали основные параметры, цели и задачи каждой лекции. Это позволяет студентам свести к минимуму непроизводительный расход времени, концентрироваться на ключевых вопросах и положениях дисциплины.
Мы полагаем, что пособие окажется полезным и интересным всем без исключения студентам, изучающим на I курсе дисциплину «Химия», а также будет востребовано молодыми начинающими преподавателями и научными сотрудникам для подготовки к лекциям, лабораторным и практическим занятиям. Рекомендуем данное пособие учителям, преподавателям средних школ, техникумов, колледжей, а также школьникам - старшеклассникам, заинтересованным в углубленном изучении химии.
Выражаем глубокую благодарность доценту Буйловой Е.А. и доценту Чаловой О.Б. за подготовку рукописи к изданию.
Профессор Злотский С.С., заведующий кафедрой ОАХ;
профессор Мазитова А.К., заведующий кафедрой ПХиФ.
|
Лекция 1. Квантово-механическая модель строения атома……..……............ | |
|
Лекция 2. Электронные конфигурации атомов. Периодический Закон. Периодическая система Д.И. Менделеева…………………………………….. | |
|
Лекция 3. Основные типы химической связи. Ковалентная связь…………... | |
|
Лекция 4. Теория гибридизации и геометрия молекул. Полярность и поляризуемость ковалентной связи и молекул………………………………... | |
|
Лекция 5. Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь.…………. | |
|
Лекция 6. Химическая термодинамика………………………………………... | |
|
Лекция 7. Химическая кинетика……………………………………………….. | |
|
Лекция 8. Химическое равновесие…………………………………………….. | |
|
Лекция 9. Растворы. Способы выражения концентрации растворов. Свойства растворов……………………………………………………………... | |
|
Лекция 10. Дисперсные системы. Поверхностные явления………………….. | |
|
Лекция 11. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация……… | |
|
Лекция 12. Диссоциация воды. Диссоциация кислот и оснований. Водородный показатель………………………………………………………… | |
|
Лекция 13. Произведение растворимости. Ионно-обменные реакции………. | |
|
Лекция 14. Гидролиз солей. Буферные растворы …………………………….. | |
|
Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции……………………… | |
|
Лекция 16. Понятие «Электродный потенциал». Электрохимические процессы………………………………………………………….……………… | |
|
Лекция 17. Электролиз расплавов и растворов……………………………….. | |
|
Лекция 18. Общие свойства металлов………………………………….……… | |
|
Лекция 19. Коррозия металлов. Методы защиты от коррозии………….......... | |
|
Лекция 20. Металлы главной подгруппы II группы. Жесткость воды…......... | |
|
Лекция 21. Конструкционные металлы. Алюминий. Хром. Железо………… | |
|
Лекция 22. Полимеры…………………………………………………………… | |
|
Лекция 23. Химическая идентификация, анализ вещества…………………... | |
|
Контрольные вопросы | |
Глава 1.
Общие химические и экологические закономерности.
С чего начинается химия?
Cложный ли это вопрос? На него каждый ответит по-своему.
В середней школе учащиеся изучают химию в течение ряда лет. Многие довольно хорошо сдают выпускной экзамен по химии. Однако…
Беседы с абитуриентами и затем и студентами первых курсов говорят о том, что остаточные знания по химии после средней школы незначительные. Одни путаются в различных определениях и химических формулах, а другие вообще не могут воспроизвести даже основные понятия и законы химии, не говоря уже о понятиях и законах экологии.
У них химия так и не начиналась.
Химия, по-видимому, начинается с глубокого освоения ее основ, и прежде всего, основных понятий и законов.
1.1. Основные химические понятия.
В таблице Д.И.Менделеева рядом с символом элемента стоят цифры. Одна цифра обозначает порядковый номер элемента, а вторая атомную массу. Порядковый номер имеет свой физический смысл. О нем мы будем вести разговор позже, здесь остановимся на атомной массе и выделим в каких единицах она измеряется.
Следует сразу оговориться, что атомная масса элемента, приведенная в таблице, величина относительная. За единицу относительной величины атомной массы принята 1/12 часть массы атома углерода, изотопа с массовым числом 12, и назвали ее атомной единицей массы /а.е.м./. Следовательно, 1 а.е.м. равна 1/12 части массы изотопа углерода 12 С. И она равна 1,667*10 –27 кг. /Абсолютная масса атома углерода равна 1,99*10 –26 кг./
Атомная масса , приведенная в таблице, является массой атома, выраженной в атомных единицах массы. Величина безразмерная. Конкретно для каждого элемента атомная масса показывает, во сколько раз масса данного атома больше или меньше 1/12 части массы атома углерода.
Аналогичное можно сказать и о молекулярной массе.
Молекулярная масса – это масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Величина тоже относительная. Молекулярная масса конкретного вещества равна сумме масс атомов всех элементов, входящих в состав молекулы.
Важным понятием химии является понятие «моль». Моль – такое количество вещества, которое содержит 6,02*10 23 структурных единиц /атомов, молекул, ионов, электронов и т.д./. Моль атомов, моль молекул, моль ионов и т.д.
Масса одного моля данного вещества называется его молярной /или мольной/ массой. Она измеряется в г/моль или кг/моль и обозначается буквой «М». Например, молярная масса серной кислоты М Н 2 SO4 =98г/моль.
Следующее понятие «Эквивалент». Эквивалентом /Э/ называют такое весовое количество вещества, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода или замещают такое его количество в химических реакциях. Следовательно, эквивалент водорода Э Н равен единице. /Э Н =1/. Эквивалент кислорода Э О равен восьми /Э О =8/.
Различают химический эквивалент элемента и химический эквивалент сложного вещества.
Эквивалент элемента – величина переменная. Она зависит от атомной массы /А/ и валентности /В/, которую элемент имеет в конкретном соединении. Э=А/В. Например, определим эквивалент серы в оксидах SO 2 и SO 3 . В SO 2 Э S =32/4=8, а в SO 3 Э S =32/6=5,33.
Молярную массу эквивалента, выраженную в граммах, называют эквивалентной массой. Следовательно, эквивалентная масса водорода МЭ Н =1г/моль, эквивалентная масса кислорода МЭ О =8г/моль.
Химический эквивалент сложного вещества /кислоты, гидроксида, соли, оксида/– такое количество соответствующего вещества, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода, т.е. с одним эквивалентом водорода или замещает такое количество водорода или любого другого вещества в химических реакциях.
Эквивалент кислоты /Э К / равен частному от деления молекулярной массы кислоты на число атомов водорода, участвующих в реакции. Для кислоты H 2 SO 4 , когда оба атома водорода вступают в реакцию H 2 SO 4 +2NaOH=Na 2 SO+2H 2 O эквивалент будет равен Э Н 2 SO4 = М Н 2 SO 4 /n Н =98/2=49
Эквивалент гидроксида /Э гидр. / определяется как частное от деления молекулярной массы гидроксида на число гидроксогрупп, вступающих в реакцию. Например, эквивалент NaOH будет равен: Э NaOH =М NaOH /n ОН =40/1=40.
Эквивалент соли /Э соли / можно рассчитать, поделив ее молекулярную массу на произведение числа атомов металла, вступающих в реакцию, и их валентность. Так, эквивалент соли Al 2 (SO 4) 3 будет равен Э Al 2 (SO 4) 3 =М Al 2 (SO 4) 3 /6=342/2,3=342/6=57.
Эквивалент оксида /Э ок / можно определить, как сумму эквивалентов соответствующих элемента и кислорода. Например, эквивалент СО 2 будет равен сумме эквивалентов углерода и кислорода: Э СО 2 =Э С +Э О =3+8=7.
Для газообразных веществ удобно пользоваться эквивалентными объемами /Э V /. Так как при нормальных условиях моль газа занимает объем 22,4л, то исходя из этой величины, легко определить эквивалентный объем любого газа. Рассмотрим водород. Мольная масса водорода 2г занимает объем 22,4л, тогда его эквивалентная масса 1г занимает объем 11,2л /или 11200мл /. Следовательно Э V Н =11,2л. Эквивалентный объем хлора равен 11,2л /Э VCl =11,2л/. Эквивалентный объем СО равен 3,56 /Э VC О =3,56л/.
Химический эквивалент элемента или сложного вещества используется в стехиометрических расчетах обменных реакций, а в соответствующих расчетах окислительно–восстановительных реакций применяют уже окислительный и восстановительный эквиваленты.
Окислительный эквивалент определяют как частное от деления молекулярной массы окислителя на число электронов, которое он принимает в данной окислително–восстановительной реакции.
Восстановительный эквивалент равен молекулярной массе восстановителя поделенной на число электронов, которое он отдает в данной реакции.
Напишем окислително–восстановительную реакцию и определим эквивалент окислителя и восстановителя:
5N 2 aS+2KMnO 4 +8H 2 SO 4 =S+2MnSO 4 +K 2 SO 4 +5Na 2 SO 4 +8H 2 O
Окислителем в этой реакции является перманганат калия. Эквивалент окислителя будет равен массе KMnO 4 деленной на число электронов, принятых окислителем в реакции (nе=5). Э KMnO 4 =М KMnO 4 /nе=158/5=31,5. Молярная масса эквивалента окислителя KMnO 4 в кислой среде равна 31,5г/моль.
Эквивалент восстановителя Na 2 S будет: Э Na 4 S =М Na 4 S /nе=78/2=39. Молярная масса эквивалента Na 2 S равна 39г/моль.
В электрохимических процессах, в частности при электролизе веществ, пользуются электрохимическим эквивалентом. Электрохимический эквивалент определяют как частное от деления химического эквивалента вещества, выделяемого на электроде, на число Фарадея /F/. Электрохимический эквивалент более подробно будет рассмотрен в соответствующем параграфе курса.
Валентность . При взаимодействии атомов между ними образуется химическая связь. Каждый атом может образовывать только определенное количество связей. Количество связей предопределяет такое уникальное свойство каждого элемента, которое называют валентностью. В наиболее общем виде валентностью называют способность атома образовывать химическую связь. За единицу валентности принимают одну химическую связь, которую способен образовать атом водорода. В связи с этим, водород является одновалентным элементом, а кислород – двухвалентным, т.к. с атомом кислорода могут образовывать связь не более двух водородов.
Умение определять валентность каждого элемента, в том числе и в химическом соединении, является необходимым условием успешного усвоения курса химии.
С валентностью соприкасается и такое понятие химии как степень окисления . Подстепенью окисления понимают тот заряд, который имеет элемент в ионном соединении или имел бы в ковалентном соединении, если бы общая электронная пара бала бы полностью смещена к более электроотрицательному элементу. Степень окисления имеет не только цифровое выражение, но и соответствующий знак заряда (+) или (–). Валентность не имеет этих знаков. Например, в H 2 SO 4 степень окисления: водорода +1, кислорода –2, серы +6, а валентность, соответственно, будет 1, 2, 6.
Валентность и степень окисления в числовых значениях не всегда совпадают по величине. Например, в молекуле этилового спирта СН 3 –СН 2 –ОН валентность углерода 6, водорода 1, кислорода 2, а степень окисления, например, углерода первого –3, второго –1: –3 СН 3 – –1 СН 2 –ОН.
1.2. Основные экологические понятия.
За последнее время понятие “экология” глубоко входит в наше сознание. Это понятие, введенное еще в 1869г Э.Геккелем /происходит от греческого oikos – дом, место, жилище, logos – учение/ все больше и больше тревожит человечество.
В учебниках биологии экологию определяют как науку о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Практически созвучное определение экологии дает Б.Небел в своей книге «Наука об окружающей среде» – Экология – наука о различных аспектах взаимодействия организмов между собой и с окружающей средой. В других источниках можно встретить и более широкое толкование. Например, Экология – 1/. Наука, изучающая отношение организмов и их системных совокупностей и окружающей среды; 2/. Совокупность научных дисциплин, исследующих взаимоотношение системных биологических структур /от макромолекул до биосферы/ между собой и с окружающей средой; 3/. Дисциплина, изучающая общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня; 4/. Комплексная наука, исследующая среду обитания живых организмов; 5/. Исследование положения человека как вида в биосфере планеты, его связей с экологическими системами и воздействие на них; 6/. Наука о выживании в окружающей среде. /Н.А.Агиджанян, В.И.Торшик. Экология человека./. Однако под термином «экология» понимают не только экологию как науку, а само состояние окружающей среды и его влияние на человека, животный и растительный мир.
