Chémia: základné pojmy, definície, pojmy a zákony

Chémia, ktorej základné pojmy budeme brať do úvahy, je veda, ktorá študuje látky a ich transformácie, ktoré sa vyskytujú so zmenou štruktúry a zloženia a teda aj vlastností. Po prvé, je potrebné určiť, čo znamená pojem "látka". Keď hovoríme o nej v širšom zmysle, je to forma hmoty, ktorá má veľa odpočinku. Látka je akákoľvek elementárna častica, napríklad neutron. V chémii sa tento pojem používa v užšom zmysle.

Najprv stručne opíšeme hlavné pojmy a koncepty chémie, atómová molekulárna teória. Potom ich vysvetlíme a načrtneme aj niektoré dôležité zákony tejto vedy.

Základné pojmy chemie (hmotnosť, atóm, molekula) sú každému z nás známe zo školy. Nižšie je uvedený ich krátky popis, ako aj ďalšie menej pravdivé pojmy a javy.

atómy

Najprv sa všetky látky, ktoré sa študujú v chémii, skladajú z malých častíc, ktoré sa nazývajú atómy. Neutróny nie sú predmetom štúdia tejto vedy. Malo by sa tiež povedať, že atómy môžu byť spojené navzájom, čo vedie k vzniku chemických väzieb. Aby sme prerušili tento vzťah, potrebujeme energiu. V dôsledku toho atómy za bežných podmienok samy osebe neexistujú (s výnimkou "ušľachtilých plynov"). Spájajú sa navzájom aspoň vo dvojiciach.

Trvalý tepelný pohyb

Nepretržitý tepelný pohyb charakterizuje všetky častice, ktoré študujú v chémii. Základné pojmy tejto vedy nemožno uviesť bez toho, aby sme o tom rozprávali. S nepretržitým pohybom je priemerná kinetická energia častíc úmerná teplote (treba poznamenať, že energia jednotlivých častíc je odlišná). Ekkin = kT / 2, kde k je Boltzmannova konštanta. Tento vzorec platí pre každý druh pohybu. Keďže Ekin = mV 2/2, pohyb masívnych častíc je pomalší. Napríklad, ak je teplota rovnaká, molekuly kyslíka sa v priemere pohybujú 4 krát pomalšie ako molekuly uhlíka. Je to preto, lebo ich hmotnosť je viac ako 16 krát. Pohyb je vibračný, translačný a rotačný. Vibrácie sú pozorované v kvapalinách, v tuhých a plynných látkach. Translačný a rotačný je však najľahšie dosiahnutý v plynoch. V kvapalinách je to ťažšie a v tuhých látkach je ešte ťažšie.

molekuly

Pokračujme v opise základných pojmov a definícií chémie. Ak sa atómy skombinujú a vytvárajú malé skupiny (nazývajú sa molekuly), takéto skupiny sa zúčastňujú na tepelnom pohybe, pôsobia ako celok. V typických molekulách je prítomných až 100 atómov a ich počet v takzvaných vysokomolekulárnych zlúčeninách môže dosiahnuť 105.

Molekulárne látky

Avšak atómy sú často spojené do obrovských kolektívov od 107 do 1 027. V tejto forme sa prakticky nezúčastňujú na tepelnom pohybe. Tieto asociácie nemajú podobné molekuly. Sú viac ako kusy pevného tela. Tieto látky sa zvyčajne nazývajú nemolekulárne. V tomto prípade sa tepelný pohyb vykonáva vo vnútri kusu a neletí ako molekula. Existuje tiež prechodná oblasť rozmerov, v ktorej sú zahrnuté spoje pozostávajúce z atómov v množstve od 105 do 107. Tieto častice sú buď veľmi veľké molekuly, alebo predstavujú malé častice prášku.

ióny

Treba poznamenať, že atómy a ich skupiny môžu mať elektrický náboj. V tomto prípade sa nazývajú ióny v takej vede, ako je chémia, ktorej základné myšlienky študujeme. Vzhľadom na to, že takéto poplatky sa vždy navzájom odpudzujú, látka, pri ktorej existuje značný nadbytok určitých poplatkov, nemôže byť stabilná. Negatívne a pozitívne poplatky v priestore sa vždy striedajú. A látka ako celok zostáva elektricky neutrálna. Poznamenávame, že poplatky považované za veľké z elektrostatiky sú z hľadiska chémie nevýznamné (o 105-1015 atómov - tzn.).

Predmety štúdia v chémii

Malo by sa objasniť, že študijnými predmetmi v chémii sú tie javy, v ktorých sa nevyskytujú a nerozkladajú atómy, ale len preskupujú, to znamená, že sa zjednocujú novým spôsobom. Niektoré spojenia sú rozbité, čo vedie k vzniku iných. Inými slovami, nové látky sa objavujú z atómov, ktoré boli v zložení pôvodných látok. Ak sa zachovajú atómy a väzby medzi nimi (napríklad počas odparovania molekulárnych látok), potom sú tieto procesy súčasťou štúdie molekulárnej fyziky namiesto chémie. V prípade, že sa tvoria alebo zničia atómy, hovoríme o predmetoch štúdia jadrovej alebo atómovej fyziky. Avšak hranica medzi chemickými a fyzikálnymi javmi je rozmazaná. Koniec koncov, rozdelenie na samostatné vedy je podmienené, zatiaľ čo príroda je nedeliteľná. Preto sú chemici veľmi užitočnými znalosťami fyziky.

Základné pojmy chemie sme stručne popísali. Teraz vám odporúčame, aby ste ich zvážili podrobnejšie.

Viac o atómoch

Atómy a molekuly sú to, čo mnohí ľudia spájajú s chémiou. Základné pojmy musia byť jasne definované. Skutočnosť, že atómy existujú pred dvomi tisíckami rokov, bola skvelo uhádnutá. Potom už v 19. storočí mali vedci experimentálne údaje (zatiaľ nepriame). Hovoríme o mnohých vzťahoch Avogadra, o zákonoch konštantného zloženia (nižšie budeme uvažovať o týchto základných pojmoch chémie). Atóm pokračoval v skúmaní v 20. storočí, keď vzniklo množstvo priamych experimentálnych dôkazov. Boli založené na údajoch spektroskopie, rozptylu röntgenových lúčov, alfa častíc, neutrónov, elektrónov atď. Veľkosť týchto častíc je asi 1 E = 1 - ¹⁰ m. Ich hmotnosť je asi ^10-27 - ^10-25 kg. V strede týchto častíc je kladne nabité jadro, okolo ktorého sa pohybujú elektróny s negatívnym nábojom. Veľkosť jadra je asi 10 - ¹⁵ m. Ukázalo sa, že elektronická škrupina určuje veľkosť atómu, ale jeho hmotnosť je takmer úplne koncentrovaná v jadre. Ďalšia definícia by mala byť zavedená so zreteľom na základné pojmy chemie. Chemický prvok je druh atómov, ktorých náboj je rovnaký.

Často existuje definícia atómu ako najmenšia častica hmoty, chemicky nedeliteľná. Ako rozumieť "chemicky"? Ako sme už uviedli, rozdelenie javov na fyzickú a chemickú podmienenosť. Ale existencia atómov je bezpodmienečná. Preto je chemia lepšie definovaná prostredníctvom nich, a nie naopak, atómy prostredníctvom chémie.

Chemické spojenie

Preto sú atómy držané spolu. Nedovolí im, aby sa lišili pod vplyvom tepelného pohybu. Poznamenávame hlavné charakteristiky spojení - to je vnútorná vzdialenosť a energia. To sú aj základné pojmy chémie. Dĺžka väzby sa stanoví experimentálne s dostatočne vysokou presnosťou. Energia - taky, ale nie vždy. Napríklad nie je možné objektívne určiť, čo je v súvislosti s jednoduchou väzbou v komplexnej molekule. Avšak energia atomizácie hmoty, ktorá je potrebná na prerušenie všetkých dostupných väzieb, je vždy určená. Keď poznáme dĺžku spojenia, je možné určiť, ktoré atómy sú spojené (majú krátku vzdialenosť) a ktoré nie sú (na dlhú vzdialenosť).

Koordinačné číslo a koordinácia

Základné pojmy analytickej chémie zahŕňajú tieto dva pojmy. Čo to znamenajú? Poďme to prísť na to.

Koordinačné číslo je počet najbližších susedov určitého atómu. Inými slovami, toto je počet tých, s ktorými je chemicky viazaný. Koordinácia je relatívna pozícia, typ a počet susedov. Inými slovami, tento pojem je zmysluplnejší. Napríklad koordinačné číslo dusíka obsiahnuté v molekulách amoniaku a kyseliny dusičnej je rovnaké - 3. Avšak ich koordinácia je odlišná - nie planárna a plochá. Určuje sa nezávisle od koncepcie povahy väzby, zatiaľ čo stupeň oxidácie a valencie sú podmienené koncepty, ktoré sú vytvorené s cieľom predpovedať koordináciu a zloženie vopred.

Určenie molekuly

Už sme sa na túto myšlienku zaoberali tým, že stručne zvážime základné pojmy a zákony chémie. Teraz sa na to pozrime podrobnejšie. V učebniciach je často definovaná molekula ako najmenšia neutrálna častica látky, ktorá má svoje chemické vlastnosti a je tiež schopná existovať nezávisle. Treba poznamenať, že táto definícia je teraz zastaraná. Po prvé, čo všetci fyzici a chemici nazývajú molekulou, vlastnosti hmoty sa nezachovávajú. Voda sa disociuje, ale vyžaduje minimálne 2 molekuly. Stupeň disociácie vody je 10 - ⁷ . Inými slovami, iba jedna molekula 10 miliónov môže byť podrobená tomuto procesu. Ak máte jednu molekulu alebo dokonca sto, nemôžete získať predstavu o jej disociácii. Faktom je, že tepelné účinky reakcií v chémii zvyčajne zahŕňajú energiu interakcie medzi molekulami. Preto ich jeden z nich nemôže nájsť. Chemické aj fyzikálne vlastnosti molekulárnej látky môžu byť určené len veľkou skupinou molekúl. Okrem toho existujú látky, v ktorých je "najmenšia" častica schopná nezávisle existovať, vágne veľká a veľmi odlišná od bežných molekúl. Molekula je vlastne skupina atómov, ktorá nie je elektricky nabitá. V konkrétnom prípade môže byť jeden atóm, napríklad Ne. Táto skupina by mala byť schopná podieľať sa na difúzii, ako aj v iných typoch tepelného pohybu, konajúc ako celok.

Ako vidíte, základné pojmy chemie nie sú také jednoduché. Molekula je niečo, čo treba starostlivo preskúmať. Má svoje vlastné vlastnosti, ako aj molekulovú hmotnosť. Teraz o tom hovoríme.

Molekulová hmotnosť

Ako zistiť molekulovú hmotnosť podľa skúseností? Jeden spôsob - založený na Avogadrovom zákone, o relatívnej hustote pary. Najpresnejšou metódou je hmotnostná spektrometria. Elektrón je vyradený z molekuly. Výsledný ión sa najskôr urýchli v elektrickom poli a potom sa odrazí magnetickou cestou. Pomer náboja k hmotnosti je presne určený veľkosťou odchýlky. Existujú aj metódy založené na vlastnostiach, ktoré riešenia majú. Avšak molekuly vo všetkých týchto prípadoch musia byť nevyhnutne v pohybe - v roztoku, vo vákuu, v plyne. Ak sa nepohybujú, nie je možné objektívne vypočítať ich hmotnosť. A ich samotná existencia v tomto prípade je ťažké zistiť.

Vlastnosti nemolekulových látok

Keď hovoríme o nich, poznamenávajú, že pozostávajú z atómov, nie z molekúl. To platí aj pre vzácne plyny. Tieto atómy sa voľne pohybujú, preto je lepšie ich považovať za monatomické molekuly. To však nie je hlavná vec. Čo je ešte dôležitejšie, v nemolekulových látkach existuje veľa atómov, ktoré sú navzájom spojené. Treba poznamenať, že rozdelenie všetkých látok na nemolekulárne a molekulárne je nedostatočné. Rozdelenie podľa pripojenia je zmysluplnejšie. Zvážte napríklad rozdiel v vlastnostiach grafitu a diamantu. Obaja sú uhlík, ale prvá je mäkká a druhá je tvrdá. Čo sa navzájom líšia? Rozdiel spočíva práve v ich súdržnosti. Ak vezmeme do úvahy štruktúru grafitu, uvidíme, že existujú silné väzby len v dvoch rozmeroch. V treťom prípade sú však interatomické vzdialenosti veľmi významné, preto neexistuje silné spojenie. Grafit ľahko kĺže a preniká cez tieto vrstvy.

Štruktúra Pripojiteľnosť

V opačnom prípade sa to nazýva priestorová dimenzia. Predstavuje počet rozmerov priestoru charakterizovaných nepretržitým (takmer nekonečným) systémom skeletu (silných väzieb) v nich. Hodnoty, ktoré môže mať, sú 0, 1, 2 a 3. Preto je potrebné rozlišovať trojrozmerne prepojené vrstvené, reťazové a ostrovné (molekulárne) štruktúry.

Zákon nestálosti zloženia

Už sme študovali základné pojmy chemie. Látku sme stručne zvážili. Teraz poďme hovoriť o zákone, ktorý sa na ne vzťahuje. Zvyčajne sa formuluje takto: každá jednotlivá látka (tj čistá), bez ohľadu na to, ako bola prijatá, má rovnaké kvantitatívne a kvalitatívne zloženie. Ale čo znamená pojem "čistá látka"? Poďme to prísť na to.

Pred dvomi tisíckami rokov, keď sa štruktúra látok ešte nemohla študovať priamymi metódami, keď ani základné chemické pojmy a zákony chémie, ktoré sme zvykli, ani neexistovali, bola definovaná opisne. Napríklad voda je kvapalina, ktorá tvorí základ morí a riek. Nemá žiadny zápach, farbu, chuť. Má také teploty zmrazovania a topenia, síran meďnatý z neho zmrzne . Slaná morská voda je preto, že nie je čistá. Tieto soli však môžu byť oddelené destiláciou. Približne boli základné chemické pojmy a zákony chémie definované opisnou metódou.

Pre vedcov tej doby nebolo zrejmé, že kvapalina, ktorá je izolovaná rôznymi spôsobmi (horiaci vodík, dehydratácia vitriolu, destilovaná morská voda), má rovnaké zloženie. Veľký objav vo vede bol dôkazom tejto skutočnosti. Zistilo sa, že pomer kyslíka a vodíka sa nemôže hladko meniť. To znamená, že prvky pozostávajú z atómov - nedeliteľných častí. Takže sa získali vzorce látok a tiež je odôvodnené zastúpenie vedcov o molekulách.

V dnešnej dobe sa akákoľvek látka, či už explicitne alebo implicitne, určuje predovšetkým vzorec, nie bodom topenia, chuťou ani farbou. Voda - H ₂ O. Ak sú prítomné iné molekuly, už nebudú čisté. V dôsledku toho je čistá molekulárna látka zložená z molekúl len jedného druhu.

Avšak, ako v tomto prípade byť s elektrolytmi? Koniec koncov, obsahujú ióny, nie len molekuly. Je potrebná prísnejšia definícia. Čistá molekulárna látka je zložka molekúl jedného druhu a pravdepodobne aj produkty ich reverzibilnej rýchlej transformácie (izomerizácia, asociácia, disociácia). Slovo "rýchlo" v tomto kontexte znamená, že sa nemôžeme zbaviť týchto výrobkov, okamžite sa znova objavia. Slovo "reverzibilné" označuje, že transformácia nie je úplná. Ak je, potom je lepšie povedať, že je nestabilná. V tomto prípade to nie je čistá látka.

Zákon o zachovaní hmoty hmoty

Od najstarších čias bol tento zákon známy v metaforickej forme. Povedal, že látka je nezrozumiteľná a nezničiteľná. Potom prišiel jeho kvantitatívny formulár. Podľa nej je hmotnosť (a od konca 17. storočia - hmotnosť) meradlom množstva hmoty.

Tento zákon, vo forme zvyčajnej pre nás, bol otvorený v roku 1748 Lomonosovom. V roku 1789 ho doplnil A. Lavoisier, francúzsky vedec. Jeho moderná formulácia znie takto: hmotnosť látok, ktoré vstupujú do chemickej reakcie, sa rovná hmotnosti látok, ktoré z nej vyplývajú.

Avogadrov zákon, zákon vzťahov plynu

Posledný z nich bol formulovaný v roku 1808 JL Gay-Lussacom, francúzskym vedcom. V súčasnosti sa tento zákon nazýva zákon Gay-Lussac. Podľa neho sa vzťahujú objemy reakčných plynov, ako aj objemy plynných produktov získaných ako malé celá čísla.

Vzor, ktorá zistila, Gay-Lussac, vysvetľuje zákon, ktorý bol otvorený o niečo neskôr, v roku 1811, Amedeo Avogadro, taliansky vedec. Uvádza, že za rovnakých podmienok (tlak a teplota) v plynoch, ktoré majú rovnaký objem, rovnaký počet molekúl.

Dve dôležité dôsledky vyplývajú z právnych predpisov Avogadro. Prvý spočíva v tom, že za rovnakých podmienok, jeden mol akéhokoľvek plynu zaberá rovnaký objem. Vytesnenie buď za bežných podmienok (ktoré sú teplota 0 ° C a 101,325 kPa) 22,4 litrov. Druhá Dôsledkom tohto zákona nasledujúce: hmotnostný pomer plynov, ktoré majú rovnakú čiastku za rovnakých podmienok, ktorý sa rovná pomeru ich molárna hmotnosti.

Tam je ďalší zákon, ktorý určite je potrebné spomenúť. Budeme vás o tom stručne.

Periodický zákon a stolové

D. I. Mendeleev na základe chemických vlastností prvkov a atomárnej a molekulárnej vedcov, ktorí objavili tento zákon. Táto akcia sa konala 01.3.1869 periodický zákon je jedným z najdôležitejších v prírode. Je možné konštatovať, nasledujúcim spôsobom: vlastnosti prvkov vytvorených z komplexnej a jednoduchej látky a majú pravidelné závislosť na nábojov jadier atómov.

Periodická tabuľka, ktorá bola vytvorená pomocou Mendelejev, pozostáva zo siedmich období a ôsmich skupín. Skupiny volal svojej zvislej stĺpca. Prvky v každej z nich má rovnaké fyzikálne a chemické vlastnosti. Skupina, podľa poradia, je rozdelená do podskupín (hlavné a vedľajšie).

Vodorovné riadky v tejto tabuľke sa týkajú obdobia. Prvky, ktoré sú v nich sa líšia medzi sebou, ale oni predsa majú spoločné - skutočnosť, že ich posledný elektróny na rovnakej úrovni energie. V prvom období sú len dva elementy. H je vodík a hélium He. Osem prvky sú v druhom období. Vo štvrtej ich už 18. Mendelejev určený toto obdobie ako prvý veľký. V piatom a 18 prvkov, jeho štruktúra je podobná štvrtej. V rámci šiesteho - 32 prvkov. Siedmy nie je dokončená. Toto obdobie začína Francúzština (fr). Môžeme predpokladať, že bude obsahovať 32 prvkov, rovnako ako šiesty. Avšak, zatiaľ len 24 nájdený.

pravidlo otketa

Podľa pravidla otketa všetky prvky majú tendenciu nadobúdať elektrón alebo stratiť, aby mal konfiguráciu 8-elektrónovú vzácneho plynu najbližšie. Ionizačná energia - je množstvo energie potrebnej oddeliť elektrón z atómu. Otketa pravidlo stanovuje, že pri presune zľava doprava na periodickej tabuľke je potrebné viac energie, aby sa odstránili elektrón. Preto položky, ktoré sú na ľavej strane, snaží zabezpečiť, aby stratiť elektrón. Naopak, tí sa nachádza na pravej strane, túži kúpiť.

Zákony a základné pojmy chémie, stručne načrtol. Samozrejme, jedná sa len všeobecné informácie. V jednom článku, je možné hovoriť o takom vážnom vedy v detaile. Základné pojmy a zákony chémie, ako je uvedené v tomto článku - je východiskom pre ďalšie štúdium. Koniec koncov, v tejto vede existuje mnoho sekcií. Tam je, napríklad, organické a anorganické chémie. Základné pojmy z každej časti tejto vedy možno študovať na dlhú dobu. Ale aké sú popísané vyššie, sa vzťahujú k všeobecným otázkam. Preto možno povedať, že sa jedná o základné pojmy organickej chémie, ako aj anorganické.