Сторінка
1
ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ЗАКОНИ ХІМІЇ
Одним із найважливіших понять у хімії є поняття про хімічний елемент.
Хімічним елементом називається тип атомів, які мають однаковий заряд ядра, що дорівнює протонному числу (порядковому номеру) елемента „
Нині відомо вже 112 хімічних елементів, їх класифікують по-різному, залежно від ознаки, яка береться в основу класифікації (схема 2).
Кожен із елементів має свій символ — знак хімічного елемента. Наявність хімічної азбуки дає змогу відображувати склад речовин за допомогою хімічних формул.
Зрозуміло, що, крім хімічного елемента, речовина також є одним із основних об'єктів хімії. І це справедливо, адже з речовин складаються всі тіла, що нас оточують. Наприклад, краплини дощу, іній на гілках, туман над річкою — усе це тіла, що складаються з однієї й тієї самої речовини — води.
Кожній речовині притаманні специфічні властивості — об'єктивні характеристики, які визначають індивідуальність конкретної речовини і тим самим дають змогу відрізнити її від усіх інших речовин.
Властивості речовин визначаються їх складом і будовою, тобто характером зв'язків, що виникають між атомами, та їхнім просторовим розміщенням.
Властивості речовин суттєво змінюються залежно від наявних домішок. Ось чому для чистих речовин уведено поняття «хімічний індивід», що означає, який складається тільки з атомів (молекул, іонів) певного виду. Добування абсолютно чистих речовин, мабуть, практично неможливе, хоча нині використовують методи, які знижують вміст домішок до кількох атомів на 109 —1010 атомів основного елемента.
Складні речовини також класифікують за певними ознаками. Згадаємо, наприклад, на які класи поділяються неорганічні речовини.
Під час впливу на речовини зовнішніх умов у них відбуваються різні процеси. Залежно від зміни речовини, аж до утворення нової речовини, ці процеси можна розподілити на кілька видів.
Фізичні процеси (нагрівання, випаровування, плавлення, охолодження, конденсація тощо), змінюючи фізичні властивості речовини, не змінюють будови атомів або молекул, з яких складається дана речовина, і не призводять до змінення хімічних властивостей, до утворення нової речовини.
Хімічні процеси змінюють будову атомів і молекул, з яких складаються речовини, що реагують, і в результаті утворюються нові речовини з новими хімічними і фізичними властивостями. Хімічні процеси і є хімічними реакціями, їх можна зображувати за допомогою хімічних рівнянь.
Фізико-хімічні процеси (наприклад, розчинення) є проміжними між фізичними і хімічними процесами. Вони, як правило, не викликають радикальних змін хімічних властивостей Речовин, що беруть у них участь.
М. В. Ломоносову XVIII ст. розвинув атомно-молекулярні уявлення у струнку природничо-наукову систему і вперше ввів їх у хімію. Власне, сучасна хімія почалася тоді, коли були зрозумілі і прийняті більшістю вчених основні положення про внутрішню будову речовини, уявлення про атоми як носіїв властивостей елементів і про молекули як носіїв хімічних властивостей різних речовин.
Такі уявлення об'єднуються в атомно-молекулярне вчення і допомагають установити ті закони, які заведено називати основними законами хімії.
Закон збереження маси. Виключне значення для розвитку хімії мало встановлення закону збереження маси, який є наслідком загального закону збереження матерії та руху, сформульованого М. В. Ломоносовим у 1748 р. як загальний природничий закон: «Усі зміни, що відбуваються в натурі, такого суть стану, що, скільки чого в одного тіла відніметься, стільки приєднається до іншого: так якщо де убуде скількісь матерії, то помножиться в іншому місці . Сей загальний закон простягається в самі правила руху; бо тіло, яке рухає своєю силою інше, стільки ж ония у себе втрачає, скільки передає іншому, яке від нього рух здобуває».
У 1756 р. М. В. Ломоносов експериментальне довів це положення, висловлене у вигляді філософської концепції, здійснюючи досліди з випалювання металів у запаяній реторті.
Незалежно від Ломоносова, закон збереження маси було відкрито і введено в хімію французьким ученим Антуаном Лавуазьє у 1789 р., котрий зробив ще один важливий висновок: під час хімічних реакцій зберігається не тільки загальна маса речовин, а й маса кожного елемента, що входить до складу реагуючих речовин. Отже, під час хімічних реакцій елементи не перетворюються один на одний, а зберігаються.
Сучасне формулювання закону збереження маси таке:
Маса речовин, які вступають у хімічку реакцію, і дорівнює масі речовин, які утворюються внаслідок реакції.
Це можна пояснити тим, що у процесі хімічної реакції відбувається тільки перегрупування атомів, але кількість атомів і маса кожного з них залишаються сталими. Якщо ж кількість атомів кожного елемента, отже їхня загальна маса, не змінюється, то й маса реагентів повинна дорівнювати масі продуктів.
Закон збереження маси відіграв значну роль у становленні атомно-молекулярного вчення і подальшому розвитку хімії як науки.
На підставі закону збереження маси складаються рівняння хімічних реакцій і здійснюються практично важливі розрахунки.
Закон сталості складу. Наступним кроком у розвитку хімії стало встановлення положення про сталість складу речовин, виведеного французьким ученим Ж. Прустом:
Кожна хімічно чиста речовина має сталий склад, і незалежно від умов і способів її добування.
Наприклад, воду можна добути будь-яким способом:
2Н2 + О2 = 2Н2О
2Fе(ОН)3 = Fе2O3 + 3Н2О
Н2SО4 + 2NaОН = Na2SO4 + 2Н2O
Н2SіО3 = SіО2 + Н2О
Співвідношення атомів Гідрогену та Оксигену в молекулі води завжди 2 : 1, а масове співвідношення 2:16 або 1 : 8 (зважаючи на те, що Ar(H) = 1, а Аr(О) = 16). Масові частки Гідрогену й Оксигену в хімічно чистому зразку води відповідно становлять 11,12 і 88,88 %.
Отже, якщо речовина являє собою індивідуальну хімічну сполуку (без домішок), то її склад сталий і не залежить від способу добування. Відхилення від зазначеного складу свідчать про наявність домішок. Проте зворотне твердження — кожному певному складу відповідає тільки одна хімічна сполука — неправильне.
Наприклад, диметиловий етер СН3—О—СН3 і етиловий спирт С2Н5ОН мають однаковий хімічний склад С2Н6О, але є різними хімічними сполуками, що відрізняються одна від одної структурою молекул, тобто порядком з'єднання в них атомів.
Речовини з однаковим хімічним складом і різною будовою називаються ізомерами.
Отже, кількісний склад сам по собі не визначає специфіки речовини.
Правильність висловленого Ж. Прустом положення про сталість складу речовин заперечував відомий на той час авторитет, французький хімік К. Бертолле, який вважав, що склад речовини може змінюватися у певних межах.
Завантажити реферат