ХИМИЯ - ulstu.ruvenec.ulstu.ru/lib/disk/2015/kemer_1.pdf · Связь,...

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

О.В. Кемер

ХИМИЯ Конспект лекций

Ульяновск 2006

ББК Гя7 К35 Кемер О.В. Химия: конспект лекций / О.В. Кемер. – Ульяновск: УВАУ ГА,

2006. – 152 с. Рецензент: член-корреспондент РАН, профессор Климов Е.С. Содержит общетеоретическую часть курса химии. При рассмотрении тем

курса используются современные подходы, излагаются основные представле-ния главных учений химической науки.

Подготовлено в соответствии с современными программами по химии для летных специальностей.

Предназначено для курсантов и студентов заочной формы обучения специа-лизаций 240701 – Летная эксплуатация гражданских воздушных судов, 240705 – Летная эксплуатация силовых установок и функциональных систем воздушных судов, 240801 – Управление воздушным движением.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Словарь химических терминов………………………………………………… Введение………………………………………………………………………… Лекция № 1. Основные понятия и законы химии…………………….……… Лекция № 2. Строение атома и химическая связь……………………….…... Лекция № 3. Периодическая система химических элементов…………..…… Лекция № 4 . Общие закономерности химических процессов………..…….. Лекция № 5. Растворы. Электролитическая диссоциация.

Основы электрохимии…………..……………….....…………. Библиографический список…………………………………………..….…… Приложение……………………………………………………………………

Ульяновск, УВАУ ГА, 2006

3 20 22 32 63 70

101 143 144

СЛОВАРЬ ХИМИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ

d-переходные металлы. Металлы 3-12 групп периодической системы эле-ментов.

f-переходные металлы. Так называют лантаноиды (элементы с атомными номерами 57-70) и актиноиды (элементы с атомными номерами 89-102).

РКа. – lg (Ка).

а.е.м. Атомная единица массы, равная –1,67×10–27 кг. Абсорбция. 1. В спектроскопии так называют процесс, в ходе которого кван-

ты света выбивают электроны с основной орбитали, переводя атом в возбужден-ное состояние. 2. Также так говорят о впитываемости веществами химических соединений, по аналогии с тем, как вода впитывается в бумажное полотенце.

Адсорбция. Преимущественное концентрирование молекул газа или раство-ренного в жидкости вещества на поверхности жидкости или твердого тела, а так-же растворенного в жидкости вещества на границе ее раздела с газовой фазой.

Алканы. Углеводороды, содержащие только одинарные связи углерод-углерод. Их также называют насыщенными углеводородами.

Алкены. Углеводы, содержащие как минимум одну двойную связь. Алкины. Углеводы, содержащие как минимум одну тройную связь. Альфа-распад. Ядерная реакция, при которой ядро распадается, выбрасы-

вая ядро гелия (в этом случае его называют альфа-частицей). Аморфное твердое тело. Вещество в твердом состоянии, молекулы которо-

го не имеют дальнего порядка, т.е. расположены неупорядоченно. Ангидрид. Соединение, которое образует основание или кислоту при взаи-

модействии с водой. Анион. Отрицательно заряженный атом или группа атомов. Анод. Электрод, на котором идет процесс окисления. Ароматические углеводороды. Углеводороды, содержащие перемежающие

одинарные связи С–С и двойные С=С, замкнутые в кольцо. Наиболее извест-ный ароматический углеводород – бензол (С6Н6).

Атмосфера (атм.). Единица измерения давления, равная среднему атмо-сферному давлению над уровнем моря.

Кемер О.В. Химия. Конспект лекций.

© НИЛ НОТ НИО УВАУ ГА(и), 2009 г 3

Атом. Самая маленькая частица вещества, все еще сохраняющая его свойства. Атомная масса. Сумма числа протонов и нейтронов ядра атома, обозначае-

мая буквой А. Атомный номер. Число протонов в ядре атома элемента, обозначаемое буквой Z. Атомный радиус. Половина расстояния между ядрами двух соединенных

атомов одного элемента. Атомный символ. Обозначение элемента в периодической таблице. Бета-распад. Ядерная реакция, при которой ядро распадается, выбрасывая

электрон (в этом случае его называют β-частицей). Благородные газы. Восьмая группа периодической таблицы элементов, для

которой характерна химическая инертность. Буфер. Раствор слабой кислоты и сопряжённого с ней основания, препятст-

вующий изменению рН при добавлении в раствор кислоты или основания. Валентные электроны. s- и р-электроны, дополняющие ближайший благо-

родный газ до данного элемента. Водородная связь. Притяжение между атомом водорода, соединенным с

атомом азота, кислорода или фтора, и неподеленной парой электронов атомов азота, кислорода или фтора соседней молекулы.

Водородный показатель рН. Шкала, используемая для определения ки-слотности раствора, определяемой как – lg [H+].

Возбужденное состояние имеет атом, когда какой-либо его электрон пере-ходит на орбиталь с более высокой энергией.

Восстановитель. Соединение, которое заставляет другое соединение вос-станавливаться, при этом окисляясь само.

Восстановление. Получение атомом электронов в процессе химической ре-акции.

Второй закон термодинамики. Для спонтанных процессов изменение эн-тропии всегда положительно.

Газ. Агрегатное состояние вещества, для которого характерно большое рас-стояние между молекулами или атомами, высокая скорость их движения и ма-лое взаимодействие друг с другом.

Галогены. Элементы седьмой группы периодической системы Менделеева. Эти элементы – наиболее химически активные неметаллы.



Гальванический элемент. Научное название аккумуляторной батареи или другого химического источника тока.

Гамма-излучение. Очень жесткое (высокоэнергетическое) электромагнит-ное излучение, часто имеющее место при радиоактивном распаде атомов.

Геометрические изомеры. Две или более структуры, которые имеют оди-наковую формулу и типы связей (одинарные, двойные и т.д.), однако различа-ются геометрически (группы присоединены к противоположным сторонам цик-лических структур или двойных связей). Геометрическую изомерию включают в общее понятие стереоизомерии.

Гетерогенная смесь. Смесь, компоненты которой смешаны неравномерно. Гетерогенное равновесие. Равновесие в системе, компоненты которой на-

ходятся в различных агрегатных состояниях. Гибридные орбитали. Орбитали, образованные объединением двух и более

внешних валентных орбиталей атома. Гидрат. Соединение (часто ионное), включающее в себя молекулы воды. Гипотеза. Научная догадка о том, как может быть решена проблема. Главное квантовое число. Обозначаемее буквой «n», оно описывает энерге-

тический уровень электрона на данной орбитали. Разрешенные значения – 1, 2, 3, 4, … п.

Гомогенная смесь. Смесь, компоненты которой перемешены друг с другом до образования однородной композиции.

Гомогенное равновесие. Равновесие в системе, компоненты которой находят-ся в одном фазовом состоянии (твердом, жидком или газообразном).

Группа. Колонка в периодической системе элементов. Элементы из одной группы имеют сходные химические и физические свойства.

Давлением паров над поверхностью жидкости называют давление испа-ряющихся с поверхности жидкости молекул в закрытом объеме.

Давление. Величина силы, действующей со стороны молекул или атомов газа на стенки сосуда (под углом 90° к поверхности) из-за их столкновений со стенкой.

Деление ядра. Ядерная реакция, при которой ядро атома распадается на два более легких с выделением огромного количества энергии.

Дефект массы. Явление, когда ядро атома оказывается легче по сравнению с суммой масс составляющих его протонов и нейтронов. Это вызвано тем, что



часть их массы (называемая «дефектом массы») превращается в энергию связи нуклонов в ядре.

Диполь-дипольная сила. Сила притяжения, возникающая при взаимодей-ствии частичного положительного заряда одной полярной молекулы с частич-ным отрицательным зарядом другой полярной молекулы.

Дисперсионные силы Лондона. Временные диполь-дипольные силы воз-никающие, когда одна молекула с временным диполем наводит частичный за-ряд на другую молекулу, делая ее временно поляризованной.

Диссоциация. Процесс распада вещества на ионы при растворении. Дистилляция. Метод разделения смеси веществ. Смесь нагревают, при

этом одно вещество испаряется быстрее, другое – медленнее, что приводит к их разделению.

Дифференциальный закон скорости. Закон скорости, объясняющий связь между концентрацией вещества и скоростью реакции.

Диффузия. Скорость, с которой молекулы газа пересекают комнату. Достоверность результатов измерений. Когда величина может быть полу-

чена в повторном измерении. Высокая достоверность измерений обычно (но не всегда) означает высокую точность.

Емкость буфера. Количество кислоты или основания, которое можно доба-вить в буферный раствор, прежде чем его рН значительно изменится.

Жидкость. Вещество в жидком фазовом состоянии, в котором молекулы могут свободно двигаться, но все еще испытывают действие сил притяжения.

Закон Авогадро. Молярные объемы всех идеальных газов одинаковы. Закон кратных отношений. Если два элемента образуют несколько хими-

ческих соединений, то весовые количества одного элемента, соединяющиеся с одним и тем же весовым количеством другого, относятся между собой как про-стые целые числа.

Закон постоянства состава. Химическое соединение всегда содержит одни и те же элементы в тех же массовых пропорциях, вне зависимости от того, как оно было получено.

Закон скорости. Выражение, показывающее зависимость скорости химиче-ской реакции от концентрации или температуры исходных веществ.



Закон сохранения массы. Масса исходных веществ химической реакции со-ответствует массе продуктов реакции. Неважно, какие химические изменения происходят, материя не может ни создаваться, ни уничтожаться.

Закон сохранения энергии. Ни в одном процессе энергия не может ни по-являться ниоткуда, ни исчезать в никуда.

Значащие цифры. Число десятичных разрядов измеренного или полученно-го расчетным путем числа, которое обеспечивает нас важной информацией о предмете.

Идеальный газ. Газ, который подчиняется всем постулатам молекулярно-кинетической теории.

Избыточный реагент. В задачах на лимитирующий реагент избыточным реагентом является тот, который остается после того, как исчерпался лимити-рующий.

Изолятор. Материал, через который не проходит ток. Изомеры. Различающиеся молекулы с одинаковой молекулярной формулой. Изотопы. Атомы одного элемента с различными атомными массами. Разли-

чие массы обусловливается различием количества нейтронов в ядре. Индикатор. Соединение, используемое для определения того, является ли

раствор кислотным или основным. Два наиболее распространенных индикатора – это лакмус (красный – кислота, синий – щелочь) и фенолфталеин (бесцветный – кислота, розовый – щелочь).

Интегральный закон скорости. Закон скорости, описывающий, как меня-ется со временем концентрация исходных веществ реакции.

Ион. Атом или группа атомов, несущий положительный или отрицательный заряд.

Ионное соединение. Соединение, образующееся при соединении катионов и анионов друг с другом.

Исходные вещества. Начальные составляющие химической реакции. Калориметрия. Совокупность методов экспериментального определения

изменения энергии процесса. Катализатор. Вещество, не расходующееся в результате реакции, но увели-

чивающее ее скорость.



Катион. Атом или группа атомов, несущих положительный заряд. Катод. Электрод, на котором идет восстановление. Качественные данные. Наблюдения, которые вы не можете выразить циф-

рами («Мой кот жалко выглядит»). Кинетика. Изучение скоростей химических реакций. Кинетическая энергия. Энергия движения тела. Кислота Аррениуса. Соединение, образующее при растворении в воде ио-

ны водорода Н+ (протон). Кислота Бренстеда-Лоури. Соединение, отдающее другим соединениям

ионы водорода Н+. Кислота Льюиса. Соединение, принимающее электронные пары от другого

соединения. Кислота. Любое вещество, способное принимать электронные пары. Для

водных растворов кислот водородный показатель (отрицательный логарифм концентрации ионов водорода) рН < 7,00.

Ковалентная связь. Связь, образующаяся, когда два атома делят пару ва-лентных электронов.

Ковалентное соединение. Соединение, образующееся, когда два или более атома удерживаются вместе ковалентными связями.

Ковалентный каркасный кристалл. Вещество, в котором атомы соедине-ны ковалентными связями, образуя одну гигантскую молекулу.

Количественные данные. Любые измерения, которые включают в себя чи-словые значения, такие, как вес, длина, время или температура.

Коллигативное свойство. Любое свойство раствора, зависящее от его кон-центрации.

Коллоид. Дисперсная система, в которой одно мелкораздробленное веще-ство равномерно распределено (диспергировано) в другой фазе – дисперсион-ной среде. В коллоидных системах размер частиц дисперсной фазы составляет 10-9 – 10-7 м. Эта область больше размера типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимого в обычном оптическом микроскопе.

Конденсация. Процесс, при котором вещество переходит из газовой фазы в жидкую.



Конечная точка. Момент, когда вы прекращаете титрование, чаще всего потому, что индикатор рН изменил цвет.

Константа диссоциации кислоты (Ка). Константа, которая описывает по-ложение равновесия при растворении кислот в воде.

Константа ионного произведения (КН2О) равна 10 – 4 и является произве-

дением концентраций ионов Н+ и ОН– водного раствора. Константа произведения растворимостей (Кпр). Константа равновесия для

процесса диссоциации в растворах. Константа равновесия (К). Константа, показывающая, куда смещено рав-

новесие реакции – в сторону продуктов реакции или исходных веществ. Константа скорости (k). Константа, своя для каждой химической реакции,

показывающая, насколько быстро образуются продукты реакции и расходуются исходные вещества.

Коэффициент пересчета. Число, которое позволяет переводить одни еди-ницы измерения в другие.

Кристалл. Большой массив ионов или атомов, регулярно размещенных в пространстве.

Критическая точка. Условия («критические» температура и давление), выше которых газовую и жидкую фазы вещества невозможно отличить друг от друга.

Легирование. Метод повышения проводимости полупроводника путем до-бавления малого количества других элементов.

Лимитирующий реагент. Исходное вещество, которое в химической реак-ции заканчивается первым, ограничивая количество продуктов реакции, кото-рое может быть получено.

Линейчатый спектр. Ряд ярких линий, причем каждая линия – это изобра-жение щели спектроскопа, образованное светом определенной длины волны.

Магнитное квантовое число. Обозначаемое как тl, оно определяет ориен-тацию орбитали в пространстве. Разрешенные значения для т – все целые чис-ла от –1 до +1.

Масса. Мера того, сколько материи (вещества) в теле. Масса обычно изме-ряется в граммах.

Масс-спектроскопия. Современный метод определения молекулярной формулы новых соединений.



Межмолекулярные силы. Силы, удерживающие ковалентные молекулы вместе.

Металл. Ковкий, пластичный, хорошо проводящий электричество материал с блестящей поверхностью.

Механизм реакции. Способ, которым исходные вещества превращаются в продукты реакции.

Многоатомный ион. Ион, состоящий из нескольких атомов. Модель атома по Дж. Дж. Томсону («пудинг с изюмом»). Ранняя модель

атома, согласно которой маленькие частички с отрицательным зарядом (элек-троны) внедрены в гигантский положительно заряженный комок.

Молекула. Группа атомов, удерживаемых вместе ковалентными связями. Молекулярное твердое тело. Материал, состоящий из ковалентных моле-

кул, удерживаемых вместе межмолекулярными силами. Молекулярность. Количество молекул исходных веществ, участвующих в

химической реакции. Молекулярный вес. см. молекулярная масса.

Моль. 6,02×1023 атомов, молекул или других частиц вещества. Мольная доля. Число молей одного компонента, деленное на общее число

молей всех компонентов смеси. Мольное отношение. Отношение числа молей продукта реакций к числу

молей исходных веществ. Моляльность, или мольность (m). Количество моль вещества на кило-

грамм растворителя. Молярная масса. Масса 6,02×1023 атомов или молекул соединения в граммах. Молярность. Количество моль вещества на литр раствора. Молярный объем. Объем одного моля любого газа при стандартной темпе-

ратуре и давлении. Насыщенный раствор. Раствор, содержащий максимально возможное ко-

личество растворенного вещества. Насыщенный углеводород. Популярное название алканов. Научный метод. Систематизированнычй метод решения проблем на основе

экспериментов и наблюдений.



Нейтроны. Нейтральные частицы массой примерно 1 а.е.м., входящие вме-сте с протонами в состав ядра атома.

Ненасыщенные углеводороды. Углеводороды как минимум с одной крат-ной связью.

Ненасыщенный раствор. Раствор, в котором еще не растворено макси-мально возможное количество вещества.

Неподеленная пара электронов. Пара электронов в молекуле, не участ-вующая в образовании связей.

Непрерывный спектр. Имеет место, когда белый свет раскладывается на непрерывную многоцветную радугу.

Нормальная температура кипения. Температура кипения жидкости при давлении 1 атм.

Нормальность (N). Количество молей, участвующих в реакции веществ, на литр раствора.

Нормальные температура и давление. 0 °С (273 К) и 1 атм. Нормальные условия. Для газов 1 атм. и 273 К, для жидкостей 1 М и 273 К. Нуклиды. Так называют отдельные изотопы элемента. Нуклон. Частицы, образующие ядро атома: протоны и нейтроны. Обратимые реакции. Реакции, в которых исходные вещества, взаимодей-

ствуя, образуют продукты, которые, в свою очередь, при взаимодействии дают исходные вещества.

Объем. Мера того, сколько места занимает вещество. В химии объем обыч-но измеряется в миллилитрах или литрах.

Окисление. Потеря атомом электронов. Окислитель. Соединение, заставляющее другое соединение окисляться. В

процессе окисления другого вещества окислитель восстанавливается. Окислительно-восстановительная реакция. Реакция, в процессе которой

меняются степени окисления исходных веществ. Орбиталь. Область пространства вокруг ядра атома, где находятся электроны. Орбитальное квантовое число. Обозначаемое буквой «l», оно определяет

форму и тип орбитали. Возможные значения – 0, 1, 2, … (n – 1). Органическое соединение. Ковалентное соединение, содержащее углерод.



Осаждение. Процесс, при котором вещество из газовой фазы переходит в твердую, минуя жидкую.

Основание Аррениуса. Соединение, образующее при растворении в воде гидроксид-ионы (ОН–).

Основание Льюиса. Любая молекула, которая может дать пару электронов для образования химической связи. Для водных растворов отрицательный лога-рифм концентрации ионов водорода (рН) будет больше 7,00.

Основание по Бренстеду-Лоури. Соединение, принимающее ионы водоро-да Н+ от других соединений.

Основное состояние атома. Электроны находятся на своих основных орби-талях, что имеет место, когда атому не передается энергия.

Парциальное давление. Парциальное давление какого-либо газа в смеси рав-но давлению, которое создало это количество газа, будь он один в этом объеме.

Паскаль. Метрическая мера измерения давления. 1 атм. = 1,01325×105 Па. Первый закон термодинамики. см. закон сохранения энергии. Пересыщенный раствор. Раствор, в котором растворено больше вещества,

чем возможно в нормальных условиях. Период полураспада (t1/2). Период времени, в течение которого половина

исходных веществ превращается в продукты реакции. Применяется для хими-ческих реакций первого порядка и реакций распада ядер.

Период. Горизонтальный ряд периодической таблицы элементов. Элементы из одного периода имеют сходную энергию валентных электронов.

Плотная упаковка. Кристаллическая структура, в которой все атомы рас-положены наиболее близко друг к другу.

Поверхностное натяжение. Его действие выражается в стремлении жидко-сти принять форму с наименьшей площадью поверхности.

Позитрон. Античастица электрона. Он имеет положительный заряд и ис-пускается при позитронном β+-распаде.

Полимеризация. Когда малые молекулы, называемые мономерами, соеди-няются, образуя очень длинные молекулы, так называемые полимеры.

Полупроводник. Материал, через который электричество хорошо проходит при высоких температурах и/или напряжении.



Полуреакция. Реакция, показывающая только окислительный либо восста-новительный процесс окислительно-восстановительной реакции.

Полуячейка. Понятие, введенное для описания электрохимического про-цесса, протекающего на каждом из электродов гальванического элемента.

Полярная ковалентная связь. Ковалентная связь, в которой электроны распределены неравномерно между обоими атомами.

Полярная молекула. Так называют молекулы, которые имеют частично положительный заряд с одной стороны и частично отрицательный с другой.

Порядок реакции. Сумма порядков всех исходных веществ химической ре-акции.

Порядок. Экспоненциальный член в уравнении зависимости скорости ак-ции от концентрации исходных веществ.

Потенциал гальванического элемента. Мера электродвижущей силы, ко-торая двигает электроны в гальваническом элементе.

Потенциальная энергия. Энергия, хранимая телом. В химических процес-сах она часто хранится в химических связях.

Правило октета. Элемент стремится приобрести или отдать электроны, чтобы иметь электронную конфигурацию ближайшего благородного газа.

Правило Хунда. На орбиталях с равной энергией электроны стремятся на-сколько это возможно, остаться неспаренными.

Принцип Ле Шателье. Если изменить условия равновесия, оно сдвинется так, чтобы минимизировать эффект, производимый этим изменением.

Принцип Паули. Никакие два электрона атома не могут иметь четыре оди-наковых квантовых числа.

Проводник. Материал, через который может проходить электричество. Продукты реакции. Окончательный результат химической реакции. Промежуточное состояние. Состояние с наиболее высокой энергией, кото-

рое проходят исходные вещества в процессе химической реакции. Промежуточный продукт реакции. Соединение, образующееся на одном

этапе механизма химической реакции и вступающее в реакцию на следующем. Протоны. Положительно заряженные частицы массой примерно 1 а.е.м.,

находящиеся в ядрах атомов.



Радиоактивность. Испускание частиц в процессе радиоактивного распада атомных ядер.

Радиоактивный распад. Когда ядро спонтанно распадается на части. Радиоизотоп. Любой радиоактивный изотоп элемента. Разбавление. Добавление растворителя в раствор, чтобы сделать раствор

менее концентрированным. Раствор. см. гомогенная смесь. Растворитель. Основной компонент, в котором растворяется вещество.

Растворители обычно бывают жидкими, но могут быть и твердыми. Растворяемое вещество. Вещество, которое растворяется, образуя растворы. Реакция гидрогенизации. Восстановление ненасыщенного соединения с

присоединением атомов водорода по кратной связи. Реакция горения. Реакция, в которой органические молекулы соединяются

с кислородом с образованием диоксида углерода, водяного пара и выделением большого количества тепла.

Реакция замещения. Реакция, в которой чистый элемент меняется местами с одним из элементов химического соединения.

Реакция нейтрализации. Так называют химическую реакцию, при которой основание отдает электронную пару кислотному остатку. В случае водного рас-твора эта реакция идет с передачей ионов Н+ и ОН–.

Реакция обмена. Реакция, в ходе которой катионы двух ионных соединений меняются местами.

Реакция разложения. Химическая реакция, при которой из молекул слож-ного вещества образуются молекулы более простых веществ.

Реакция соединения. В реакциях соединения молекулы веществ относи-тельно простого состава объединяются с образованием молекул вещества более сложного состава.

Резонансные структуры. Структуры Льюиса, в которых положения элек-тронов или химических связей молекулы могут меняться, однако положение атомов остается без изменения. Это удобный, хотя и абстрактный способ пред-ставить истинную форму молекулы, так называемый резонансный гибрид.



Сверхкритическая жидкость. Так называют состояние вещества при таких высоких температурах и давлении, что уже не понятно, газ это или жидкость.

Свободная энергия (G). Свободная энергия Гиббса, включающая в себя эн-тальпию (теплоту) и энтропию (степень хаотичности). Свободная энергия – это основополагающая величина, определяющая положение равновесия и скорость химической реакции. Обычно выражается в кДж/моль.

Свободный радикал. Атом или группа атомов, обладающих неспаренным электроном.

СИ. Стандартная метрическая система единиц. Сильные кислоты/основания или электролиты. Этот термин в отношении

кислот, оснований или электролитов означает, что соединение, о котором идет речь, полностью диссоциируется на составляющие его ионы.

Систематическая ошибка. Постоянная погрешность в серии повторяю-щихся измерений.

Слабые кислоты/основания или электролиты. Этот термин в отношении ки-слот, оснований или электролитов означает, что соединение, о котором идет речь, лишь частично диссоциирует в воде.

Слияние. Ядерная реакция, при которой легкие ядра объединяются, образуя тяжелое, с выделением огромного количества энергии.

Случайная погрешность. Непредсказуемый источник ошибки измерения, который невозможно учесть поправками.

Соединение. Чистое вещество, образованное двумя или более элементами в определенной пропорции.

Соли. Общее название ионных соединений. Соляной мостик. Трубка, содержащая ионное соединение, через которую в

гальваническом элементе проходит электрический заряд в виде ионов. Сопряженная кислота. Соединение, образующееся, когда основание Брен-

стеда – Лоури принимает протон. Сопряженное основание. Соединение, образующееся, когда кислота Брен-

стеда – Лоури отдает протон.



Спектр. Упорядоченная по длинам совокупность монохроматических волн, на которую разлагается свет или иное электромагнитное излучение, испускаемое при переходах электронов в атомах.

Спектроскопия. Метод идентификации неизвестного вещества по е спектру испускания или поглощения.

Спиновое квантовое число. Обозначаемое как ms, оно различно для двух электронов на одной орбитали. Разрешенные значения +½ и –½ .

Сплав. Металлическое соединение, в котором присутствует несколько эле-ментов.

Спонтанный процесс. Процесс, который идет без внешнего вмешательства. Среднеквадратичная скорость. Средняя скорость молекул газа. Средняя атомная масса. Средневзвешенная масса всех изотопов элемента. Сродство к электрону. Изменение энергии, которое имеет место, когда

атом газа приобретает дополнительный электрон. Степень окисления. Ее также называют числом окисления. Оно показывает

заряд, который атом предположительно имеет в химическом соединении. Стереоизомеры. Изомеры, которые отличаются друг от друга трехмерной

структурой. Стехиометрия. Учение о количественном соотношении масс или объемов

исходных веществ и продуктов реакции. Структура Льюиса. Схема, показывающая все атомы с их валентными

электронами в ковалентной молекуле. Структурные изомеры. Соединения, имеющие одинаковую молекулярную

формулу, но различающиеся по положению радикалов или химических связей. Сублимация. Процесс, в котором твердая фаза переходит в газовую, минуя

жидкую. Твердая фаза. Состояние вещества, при котором атомы или молекулы прочно

сидят на своих местах благодаря либо химическим связям, либо межмолеку-лярным силам.

Температура. Мера количества кинетической энергии, которой обладают молекулы/атомы тела.



Теория отталкивания валентных электронных пар (ОВЭП) утверждает, что форма ковалентной молекулы определяется тем, что пары валентных элек-тронов стремятся оттолкнуться друг от друга.

Теплоемкость. см. удельная теплоемкость. Теплота. Количество энергии, передаваемое в некотором процессе от одно-

го тела к другому. Термодинамика. Наука о свободной энергии, энтальпии и энтропии. Титрование. Использование реакции нейтрализации для определения кон-

центрации растворов оснований или кислот. Точность. Когда измеряемая величина лежит близко к действительному

значению. Точность изменения также называют погрешностью. Тройная точка. Условия (температура и давление), при которых одновре-

менно присутствуют в стабильном состоянии жидкость, газ и твердая фаза. Углеводород. Соединение, молекулы которого состоят только из углерода и

водорода. Удельная теплоемкость. Количество энергии, требующееся, чтобы нагреть

1 грамм вещества на 1 градус Кельвина при постоянном давлении. Уравнение реакции. Краткая форма записи химического процесса. Фаза. Агрегатное состояние вещества (твердое, жидкое или газообразное).

Твердые вещества не смешиваются совсем, жидкости могут образовывать не-сколько несмешивающихся фаз, а все без исключения газы смешиваются, обра-зуя одну фазу.

Фазовая диаграмма. График, показывающий, в какой фазе находится ве-щество при любых комбинациях температуры и давления.

Химическое равновесие. Состояние системы, в котором скорости прямой и обратной реакций одинаковы, благодаря чему концентрации исходных веществ и продуктов реакции стабилизируются.

Хроматография. Метод разделения смесей, при котором компоненты про-пускают через сорбент. Сродство каждого компонента смеси к сорбенту опре-деляет, сколько времени потребуется ему на прохождение колонки, заполнен-ной этим материалом.

Циклоалканы. Алканы, в молекулах которых атомы углерода образуют кольцо.



Частей на миллион (ррт). Число миллиграммов (0,001 г) растворенного вещества на число литров воды.

Число Авогадро. 6,02×1023. Щелочноземельные металлы. Химически активные элементы, распола-

гающиеся во второй группе периодической таблицы. Щелочные металлы. Все элементы первой группы периодической таблицы

Менделеева, за исключением водорода. Щелочные металлы – это химически наиболее активные вещества.

Эквивалентная точка. Момент при титровании, когда [Н+] = [ОН-]. Экзотермическая реакция. Реакция, которая идет с выделением тепла. Экстракция. Метод разделения смеси веществ. Смесь смешивают с раство-

рителем. Разделение происходит за счет того, что в новом растворителе раство-римость компонентов смеси различается.

Электрод. Элемент электролитической ячейки, на котором происходит окисление или восстановление.

Электролиз. Процесс, при котором через электролитическую ячейку пропус-кают ток, чтобы в электролите шли неспонтанные электрохимические процессы.

Электролит. Соединение, которое при растворении заставляет воду прово-дить электричество.

Электрон. Отрицательно заряженная частица на орбитали вокруг ядра атома. Электронная конфигурация. Список орбиталей, входящих в электронную

структуру атома. Электронная плотность. График, показывающий, как электронная плот-

ность связана с расстоянием от ядра. Электронный захват. Ядерная реакция, при которой электрон внутренней

электронной оболочки захватывается ядром, что уменьшает атомный номер элемента на единицу.

Электроотрицательность. Мера того, насколько сильно атом стремится притянуть к себе электроны другого, связанного с ним атома.

Элемент (простое вещество). Вещество, которое не может быть химически разложено на более простые вещества.

Элементарная реакция. Отдельный этап механизма реакции.



Элементарная ячейка. Наименьшая структурная единица, повторяя кото-рую, можно сложить кристалл.

Эмиссионный спектр. Характерный спектр, испускаемый атомом при по-глощении энергии.

Эндотермическая реакция. Реакция, которая идет с поглощением энергии. Энергетическая диаграмма. График, показывающий количество энергии,

которым обладают участвующие в реакции вещества в любой момент времени. Энергия активации. Минимальное количество энергии, требующееся для

того, чтобы пошла химическая реакция. Энергия ионизации. Количество энергии, необходимое, чтобы оторвать

электрон от атома. Энергия связи. Энергия, обусловленная дефектом массы атомного ядра.

Благодаря ей нуклоны ядра удерживаются вместе. Энергия. Способность тела совершать работу или передавать тепло. Энтальпия (Н). Количество тепла, которым обладает система при постоян-

ном давлении. Энтропия (S). Мера хаоса системы. Этап реакции, определяющий ее скорость. Наиболее медленный этап ме-

ханизма реакции. Эффект общего иона. Явление, когда добавка ионов в раствор влияет на

растворимость или химическую активность соединения. Эффузия. Скорость, с которой газ покидает объем через малое отверстие. Ядро. Центр атома, где находятся протоны и нейтроны.

ВВЕДЕНИЕ

Химия изучает состав, строение, свойства и превращения веществ. Химия также как математика, физика, биология относится к естественным наукам.

Являясь одной из фундаментальных естественных наук, химия играет клю-чевую роль в решении жизненно важных проблем.



Основной задачей химии остается обеспечение производства новых конст-рукционных и функциональных органических и неорганических материалов (пластмасс, волокон, композитов, керамики, сплавов, цементов и т.д.), создание новых фармацевтических препаратов для медицины, пестицидов и удобрений для сельского хозяйства, особо чистых веществ для электроники, горюче-смазочных материалов, красителей и т.д.

В качестве примеров можно выделить работу:

− по созданию полимерных и керамических материалов, применение ко-торых позволяет уменьшить массу, исключить возможность коррозии и снизить стоимость изделий;

− по созданию материалов для оптических устройств, предназначенных для переключения, усиления и хранения оптических сигналов (оптический переклю-чатель срабатывает за одну миллионную долю секунды), необходимых материа-лы для изготовления лазеров и лазерных устройств.

Применение новых катализаторов позволяет расширить ресурсы сырья для получения моторных топлив путем вовлечения в их производство природного газа, угля, газового конденсата, углеводородных низкооктановых смесей, про-цессов пиролиза, коксования, крекинга.

Необходимо подчеркнуть и другую важную задачу химии – «быть своего рода катализатором интенсификации всего общественного производства, в том числе и технических отраслей».

При этом следует выделить такие направления:

− замена традиционных способов и технологий производства энергии, металлов и машин новыми химическими технологиями;

− «химическая витаминизация» соответствующих отраслей производства;

− формирование должной химической культуры во всех отраслях народ-ного хозяйства.

Так, для атомных электростанций химия помимо специальных материалов для сооружения агрегатов предлагает методы выделения и очистки урана-235, а после его выгорания – искусственного элемента плутония.

Химиками решаются вопросы преобразования солнечной энергии в элек-трическую и химическую посредством электрохимических устройств.



Механические операции, такие как резка, шлифование, сгибание, сверление, сварка и клепка, заменяются травлением, металлизацией, полимеризацией, склеиванием, спеканием и т.д.

Создаются новые энергосберегающие технологии создания материалов и нанесения покрытий (например золь-гель технология).

Примером «химической витаминизации» может служить применение инги-биторов для защиты от коррозии. Ингибиторы применяются для защиты метал-лов при травлении (ингибиторы травления), в машиностроительной и элек-тронной промышленности (средства временной защиты и летучие ингибиторы), в нефтехимии (ингибиторы для процессов нефтепереработки, добавки к маслам и горючим веществам), в коммунальном хозяйстве (ингибиторы для оборотных систем), в строительстве (защита стальной арматуры бетона) и т.д.

В настоящее время масла, смазки, реактивное топливо, водовытесняющие жид-кости и антиобледенительные составы выпускаются, как правило, с ингибиторами.

Формирование должной химической культуры предполагает, что каждый специалист имеет четкие представления о «химических компонентах» своей деятельности.

Так, например, решение экологических вопросов, таких как создание замк-нутых производственных циклов, безотходных и ресурсосберегающих техноло-гий невозможно без химических знаний.

Химия вносит вклад в решение проблем универсальной философской зна-чимости.

Современная химия сложна и многогранна. Это подтверждает перечень на-учных дисциплин, изучаемых в различных вузах, например, неорганическая, аналитическая, физическая, органическая химия, электрохимия и др.

В курсе общей химии излагаются основные представления главных учений химической науки – о направлении химических процессов, об их скорости, о строении вещества и о периодичности в изменении свойств элементов и их со-единений.



ЛЕКЦИЯ № 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

Стехиометрия

Стехиометрия – особый раздел химии, в котором изучают количественный состав веществ, а также количественные изменения, происходящие с ними при химических реакциях. В основе стехиометрии лежат количественные законы химии.

Количественные законы химии

1. Закон сохранения массы М.В. Ломоносов, 1748-1756, А.Лавуазье, 1777 2. Закон постоянства состава (закон посто-янных отношений) Ж.Л. Пруст, 1792

3. Закон эквивалентных отношений И.В. Рихтер, 1792 4. Закон кратных отношений Дж. Дальтон, 1803

На основе количественных законов химии можно рассчитать по известному

значению массы одного из веществ значения масс всех остальных веществ,

участвующих в химической реакции.

Понятия Обозначение Размерность Атомная масса А а.е.м. Относительная атомная масса Аr безразмерная Молекулярная масса М а.е.м. Относительная молекулярная масса Мr безразмерная

Молекулярная масса – масса молекулы, выраженная в атомных единицах

массы. Молекулярная масса равна сумме атомных масс всех атомов, из которых

состоит молекула.

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных масс

всех атомов, из которых состоит молекула.

Моль – количество вещества, содержащее столько же частиц (атомов, моле-

кул, ионов или других), столько содержится атомов углерода в 0,012 кг (12 г)

изотопа углерода-12.



Постоянная Авогадро – это число частиц, содержащихся в одном

моле любого вещества.

NA = (6,022045 ± 0,000031) 1023 моль-1

Молярная масса – масса одного моля вещества. Молярная масса

численно совпадает с массами атомов и молекул, выраженных в атомных

единицах массы, она также численно совпадает с относительными атомными и

молекулярными массами и выражается в г/моль.

Пример

М(Ca) = 40 г/моль,

М(H2SO4) = 2 · 27 + 3(32 + 4 · 16) = 342 г/моль.

Закон Дюлонга и Пти. Молярная теплоемкость большинства простых

твердых тел при небольших отклонениях от обычной температуры равна

≈ 26 Дж/(моль∙град). Молярная теплоемкость С связана с удельной теплоемко-

стью отношением

С ≈ с ∙ М(А),

где с – удельная теплоемкость;

М(А) – молярная масса атома А.

Закон Авогадро. В равных объемах любых газов при постоянном давлении

и температуре содержится одинаковое число молекул (А. Авогадро, 1811).

Нормальные условия

0 °С (273,15 К) и 101,3 кПа = (н.у.)

Молярный объем – объем одного моля любого газа при н.у., равный

22,414 л/моль.

Количественный состав вещества может быть выражен значениями сле-

дующих величин.

N

M



Образец вещества Один моль вещества

Масса m, г Молярная масса M, г/моль

Количество вещества n, моль 1 моль

Число частиц вещества N Постоянная Авогадро NA, моль -1

Объем V, л Молярный объем Vm, л/моль

Молярные величины – это величины, отнесенные к 1 моль вещества. На-

пример: молярная масса, молярный объем, молярная теплоемкость.

Молярные постоянные:

− постоянная Авогадро (6,0220 1023 моль-1);

− постоянная Фарадея (96480 Кл/моль).

Основные расчетные формулы

Nmn =

ANNn =

mVVn =

При решении задач можно использовать NA = 6,02 ּ 1023 моль-1 и

Vm = 22,4 л/моль.

Закон сохранения массы

Общая масса реагентов равна общей массе продуктов реакции. Для уравне-ния реакции в общем виде

аА + bВ = АаВb

закон сохранения массы можно записать так

m(A) + m(B) = m(AaBb).

Закон постоянных отношений

Каждое чистое вещество всегда состоит из одних и тех же элементов, свя-занных между собой в постоянном массовом отношении

( )( ) const=BmAm .



Пример

2Н2 + О2 = 2Н2О

Масса Массовые отношения

m(H2)/m(O2) m(H2), г m(O2), г m(H2O), г

Измерение 1 0,5 4 4,5 0,5/4 = 1/8 Измерение 2 1 8 9 1/8 Измерение 3 4 32 36 4/32 = 1/8 Измерение 4 5 40 45 5/40 = 1/8 Измерение 5 7 56 63 7/56 = 1/8

Количественные отношения веществ А и В, принимающих участие в химической реакции

Массовое отношение Мольное отношение Стехиометрическое отношение

)()(

BmAm

)()(

BnAn

ba

Стехиометрические коэффициенты – коэффициенты в уравнении химиче-ской реакции (а и b).

Массовое отношение веществ А и В, участвующих в реакции, равно отно-шению их молярных масс, умноженных на соответствующие стехиометриче-ские коэффициенты а и b

)()(

)()(

BbMAaM

BmAm

= .

Стехиометрическое отношение равно мольному отношению

)()(

BnAn

ba= .

Количественный анализ предполагает разложение сложного вещества на простые, а затем измерение относительных количеств каждого элемента. Коли-чественный состав выражают, как правило, в массовых процентах. Например, по данным химического анализа, в сульфиде алюминия 36 % Al и 64 % S.



Эмпирические формулы – формулы, в которых количество атомов каждо-го из элементов указано при помощи целых чисел, не имеющих общего кратно-го (CН3 – эмпирическая формула этана).

Истинные формулы определяют на основе эмпирических, если известны

данные о молекулярной массе (С2Н6 – истинная формула этана).

Соединения постоянного состава (дальтониды) или стехиометрические соединения – химические соединения, состав которых постоянен и не зависит

от способа их получения.

Пример

Неорганические соединения: H2O, CO2, NH3, NO2, SO3.

Органические соединения: CH4, C2H2, C2H4, C2H5OH, C6H12O6.

Соединения переменного состава (бертолиды) или нестехиометрические соединения – химические соединения, состав которых зависит от способа их

получения. Количество атомов одного элемента, приходящееся на один атом

другого элемента, в таких соединениях выражается дробным числом. Напри-

мер, сульфиды Fe1,1S и FeS1,1 различаются содержанием железа и серы.

Химический эквивалент элемента – это такое количество его атомов, ко-

торое соединяется полностью с 1 моль атомов водорода и замещает такое же

количество водорода в его соединениях.

Примеры

Реакция: H2 + A Химический эквивалент А, моль Молярная масса эквивалента

Мэ(А), г/моль

H2 + CI2 =2HCI 1 моль атомов CI 35,5

H2 +S = H2S 1/2 моль атомов S 32/2 = 16

3H2 +N2 = NH3 1/3 моль атомов N 14/3 = 4,7

2H2 + C = CH4 1/4 моль атомов С 12/4 = 3

Молярная масса эквивалента – масса одного химического эквивалента

вещества, Мэ [г/моль].



Закон эквивалентных отношений

Массы реагирующих веществ соотносятся между собой как молярные массы

их эквивалентов

( )( )

( )( )BMAM

BmAm

э

э= .

Между молярной массой М, молярной массой эквивалента Мэ и валентно-

стью b элемента А существует соотношение:

( )b

AMАМ э =)( .

Фактор эквивалентности равен 1/b. В связи с этим молярную массу экви-

валента обозначают

)1()( Ab

МАМ э = .

Примеры

г/моль. 93

г/моль 27)31(

г/моль, 202

г/моль 40)21(

==

==

AlM

CaM

Молярная масса эквивалентов сложных веществ:

− кислоты НаВ

аВНМВНМ аа

)()21( =

Примеры

Если в реакции замещается 2 атома Н, г/моль 492

г/моль 98)21( 42 ==SOHМ э .

Если в реакции замещается 1 атом Н, г/моль 981

г/моль 98)21( 42 ==SOHМ э ;



− основания А(ОН)b

[ ]bOHAMOHA

bМ bb

)()(1 =

Пример

г/моль3732

г/моль74)(21

2 =⋅=

OHCaM ;

− соли АаВb

baBAMBA

baM baba ⋅

=⋅

)()1(

Пример

г/моль 5732

г/моль342)(61

342 =⋅=

SOAlM .

Эквивалентный объем – объем, занимаемый 1 химическим эквивалентом газообразного вещества при определенных условиях. При н.у. эквивалентный объем водорода – 11,2 л/моль; кислорода – 5,6 л/моль.

Закон кратных соотношений

Если химические элементы А и В могут соединяться между собой, образуя несколько разных соединений, то массы элемента А, который связывается с по-стоянным количеством элемента В, и элемента B относятся между собой как небольшие целые числа.

Пример

Оксиды азота m(N)/m(O) N2O 14/8 NO 7/8

N2O3 4,67/8 NO2 3,5/8 N2O5 2,8/8

Масса азота в этих соединениях относится как 5 : 4 : 3 : 2 : 1.



Газовые законы химии

Закон объемных отношений (Ж.Л. Гей-Люссак, 1809). Объемы газообраз-ных веществ, участвующих в реакции, относятся между собой как соответст-вующие стехиометрические коэффициенты

ba

BVAV

=)()(

.

Пример

Для реакции 2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(г)

Объемы Объемное отношение

V(H2) V(O2) V(Н2O) V(H2) : V(O2) : V(Н2O) Измерение 1 200 мл 100 мл 200 мл 2:1:2 Измерение 2 10 л 5 л 10 л 2:1:2 Измерение 3 3,2 л 1,6 л 3,2 л 2:1:2

Плотность D первого газа относительно второго показывает, во сколько раз масса одного газа больше или меньше массы такого же объема другого газа

2

1MMD = .

Плотность кислорода по водороду 16г/моль 2г/моль 32

2==HD .

Плотность кислорода по воздуху .0103,1г/моль 29г/моль 32

==воздD

Газовые законы можно записать в виде соотношений пропорциональности: − закон Авогадро: V ~ n (при постоянных Р и Т).

− закон Бойля-Мариотта: V ~ Р1 (при постоянных Т и n).

− закон Гей-Люссака: V ~ T (при постоянных Р и n). Уравнение состояния идеального газа

~P

nTV или P

nTRV = , или PV = nRT.



Универсальная газовая постоянная

R = 8,314 Дж/(К· моль) = 0,08205 л · атм./(К·моль).

Уравнение Менделеева – Клайперона

RTMmPV = .

Объединенный газовый закон

2

22

1

11TVP

TVP

= .

Индексы 1 и 2 относят к двум различным газовым состояниям.

Парциальное давление газа в смеси – давление, которое создавало бы это

же количество данного газа, если бы он занимал при данной температуре весь

объем, занимаемый смесью.

Закон параллельных давлений. Общее давление смеси газов, химически

не взаимодействующих друг с другом, равно сумме парциальных давлений га-

зов, составляющих смесь

∑=i

iРР ,

где P – общее давление смеси;

Pi – сумма парциальных давлений газов.

Идеальный газ – газ, поведение которого полностью описывается уравне-

нием состояния идеального газа. Такой газ не существует в действительности.

Реальные газы хорошо подчиняются уравнению состояния идеального газа

при низких давлениях и высоких температурах. При обычных температурах все

реальные газы в той или иной степени отклоняются от идеальности.

Уравнение Ван-дер-Ваальса учитывает:

− собственный объем молекул (из объема V, занимаемого газом, вычи-

тается b, равное учетверенному объему молекул);



− силы притяжения между ними (к давлению Р прибавляется a2/V для

компенсации межмолекулярных притяжений)

( ) RTbVVаР mm

=−

+ 2 .

ЭТО НАДО ЗНАТЬ

Стехиометрия – это математический метод, которым мы связываем друг с

другом количества исходных веществ и продуктов химической реакции.

Исходное вещество, которое в ходе химической реакции закончится пер-

вым, называют «лимитирующим реагентом или не

ХИМИЯ - ulstu.ruvenec.ulstu.ru/lib/disk/2015/kemer_1.pdf · Связь,...

Documents