РАВИТИЕ СОВРЕМЕННОЙ ХИМИИ Цель: ознакомиться с

Лекция 1 ( 1 час)
РАВИТИЕ СОВРЕМЕННОЙ ХИМИИ
Цель: ознакомиться с предметом химии и задачами, стоящими
перед современной химией, изучение основных понятий и законов химии
Желаемый результат:
Студенты должны знать:
- определение химии как науки;
- основные задачи химии:
- значение химии в развитии современной промышленности
- проблемы защиты окружающей среды
- теоретические законы химии;
уметь:
- проводить химические расчеты, используя основные понятия и
законы химии.
иметь представление:
- об основных классах неорганических веществ
Учебные вопросы:
1. Предмет химии;
2. Развитие современной химии
3. Значение химии в развитии современной промышленности
4. Проблемы защиты окружающей среды
5. Основные понятия химии;
6. Основные законы химии;
7. Классификация неорганических веществ.
Учебная информация
Химия - наука, которая изучает физические и химические
свойства вещества, их состав и строение, превращения друг в друга. Химия
является одной из фундаментальных наук естествознания. Современная
химия представляет собой совокупность отдельных дисциплин: общая и
неорганическая химия, аналитическая химия, органическая химия и т.д.
Зная состав вещества, его строение, свойства и механизмы и условия
протекания химических реакций можно управлять синтезом новых
материалов и источников энергии. В наше время химия занимает важное
место среди базовых отраслей промышленности. Знание химии используется
в производстве материалов, используемых в различных отраслях
промышленности. Химические процессы лежат в основе производств :
химических материалов, черных и цветных металлов, удобрений, стекла,
цементов, нефтепродуктов, бумаги, резины, волокон, пластических масс и
т.д. Возросла роль химии в машиностроении, радиотехнике, космической
технике, автоматики, вычислительной техники микроэлектроники,
электроники, строительстве. Химические реакции лежат в основе всех
жизненных процессов, протекающих в организме растений и животных.
Основными задачами химии является решение важнейших проблем
человечества, к которым относятся:
- продовольственные ресурсы (производство пищевых продуктов из
минерального сырья);
- ресурсы минерального сырья (комплексное использование сырья для
создания различных химических продуктов);
- энергетические ресурсы (создание новых химических источников тока и
систем преобразования энергии);
- предотвращение загрязнения биосферы (повышение эффективности охраны
окружающей среды).
К важнейшим направлениям исследований относятся:
- создание новых конструкционных материалов (полимерные, керамические,
композиционные, металлические, эластомеры, волокна, различные
наноматериалы);
- синтез новых веществ (органических, неорганических,
элементоорганических);
- химическая энергетика ( разработка эффективных способов
аккумулирования энергии в энергоносителях);
- вторичные материальные ресурсы;
- безотходные химические производства.
Знание законов химии позволяет разрабатывать современные методы
защиты окружающей среды. Решение этой проблемы может осуществляться
по следующим направлениям:
- обезвреживание промышленных выбросов;
- разработка новых безотходных технологических процессов;
- усовершенствование процессов сжигания топлива.
Большое значение имеет создание безотходных технологий, т.е.
производства продукции, при котором наиболее комплексно используется
сырье и энергия в цикле, что позволяет свести к минимуму вредное
воздействии на окружающую среду. В настоящее время разработаны
технологии, позволяющие использовать 2/3 образующихся отходов.
Таким образом, современная химия играет огромную роль в народном
хозяйстве. От уровня развития химии и химической промышленности в
значительной мере зависит развитие всего народного хозяйства страны.
Современная химия базируется на атомно-молекулярном учении: все
вещества состоят из мельчайших частиц (атомов и молекул); атомы и
молекулы обладают определенной массой и размерами и находятся в
непрерывном движении.
Атом – наименьшая частица химического элемента, являющаяся
носителем его свойств. Составными частями атомов являются элементарные
частицы - электроны, протоны, нейтроны ит.п.
Химический элемент – совокупность атомов одного вида, обладающих
одинаковым зарядом ядра, равным порядковому номеру в периодической
таблице Д.И. Менделеева.
Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его
химическими свойствами, состоящая из атомов, соединенных между собой
химическими связями.
Вещество – совокупность одинаковых молекул или кристаллов.
Простое вещество состоит из атомов одного химического элемента,
например: металлы Na, Са; инертные газы Ne, Не; неметаллы S, Н2, N2, O2.
Сложное вещество состоит из атомов двух или нескольких элементов,
например, Н2О, CO2, CuSO4, FeCl2, NaNO3.
Атомы и молекулы – материальные частицы, имеющие абсолютную
массу, например, абсолютная масса атома углерода ma(С) = 1,99· 10-26 кг.
Использовать величины такого порядка неудобно, поэтому при вычислении
атомных масс за единицу массы принимают 1/12 массы атома изотопа
углерода с массовым числом 12( 126 C ), называемую относительной атомной
массой (а.е.м.).
Относительной молекулярной массой называют массу молекулы,
выраженную в а.е.м. Относительная молекулярная масса сложного вещества
равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав
молекулы:
Mr(Na2SO4) = 2Ar(Na) + Ar(S) + 4Ar(O) = 2· 23+ 32 + 4· 16 = 142 а.е.м.
Моль – количество вещества, содержащее столько молекул, атомов,
ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится
атомов в 0,012кг изотопа 12С. Моль вещества содержит 6,02 ∗ 1023структурных
единиц (постоянная Авогадро NA).
Молярная масса вещества представляет собой отношение его массы к
количеству вещества:
m
М= ,
n
где М – молярная масса в г/моль (кг/моль);
m – масса в граммах (кг),
n – количество вещества в молях.
Основные законы химии
Закон сохранения массы: Масса веществ, вступивших в химическую
реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции (М.В.
Ломоносов (1748-1760 г.г.)
А. Эйнштейн (1905 г.) показал, что между массой и энергией существует
взаимосвязь, качественно выражаемая уравнением:
E = m· c2 ,
где E - энергия, кДж;
m - масса, кг;
c - скорость света в вакууме, равная 3 ∗ 108 м/с;
Закон постоянства состава: Всякое чистое вещество, независимо от
способа его получения, всегда имеет постоянный качественный и
количественный состав (франц.Ж.Л. Пруст, 1808 г.).
Например, оксид углерода можно получит следующими способами:
1) С + О2 = СО2
2) 2СО + О2 = 2СО2
3) СаСО3  t → СаО + СО2
В химически чистом оксиде углерода всегда содержится 27,29% углерода и
72,7 1 %кислорода.
Закон кратных отношений: Если два элемента образуют между собой
несколько соединений, то массовые количества одного элемента,
приходящиеся на одно и то же массовое количество другого элемента,
относятся между собой как небольшие целые числа (англ.,Д. Дальтон, 1808
г.)
Например: CO и CO2 ( количество массовых частей углерода, приходящихся
на 1 массовую часть кислорода 2 : 1)
Закон Авогадро: В равных объемах разных газов при одинаковых
условиях (давлении и температуре) содержится равное количество молекул
(итал., 1811 Г.):
Следствие из закона Авогадро: Одинаковое число молекул при
одинаковых условиях занимают одинаковый объем. 1 моль ( 6,02 • 1023
молекул) любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый
объем. При нормальных условиях (н.у.) такой объем называется молярным
Vm= 22,4 л. Нормальные условия (н.у.): температура to –00С или 273К и
давление ро – 101325 Па (101,3 кПа) или 760 мм. рт. ст. (1 атм
Закон эквивалентов: химические элементы, соединяются друг с
другом в строго определенных количествах, соответствующих их
эквивалентам (Рихтер, 1794г.)
Эквивалент элемента (Э) – это такое количество вещества, которое
соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов
водорода в химических реакциях. Эквивалент выражается в молях.
Эквивалентная масса (mЭ) – масса 1 эквивалента элемента,
выражается в г/моль.
Эквивалентный объем (VmЭ) – объем, занимаемый эквивалентной
массой газообразного вещества. Например, эквивалентный объем водорода
при н.у. равен 11,2 л, т.к. молекула водорода содержит два моля атомов
водорода.
Закон эквивалентов можно сформулировать следующим образом:
массы (объемы) реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентным
массам (объемам).
m1
m2
V1
V2
m1
V2
=
=
=
;
или
mЭ (1) mЭ ( 2)
VЭ (1) VЭ ( 2)
mЭ (1) VЭ ( 2) .
Основные классы неорганических соединений
Оксиды это соединения элемента с кислородом. Общая формула
оксидов - ЭmOn, где m –число атомов элемента, n- число атомов кислорода.
Все оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие.
Несолеобразующие (индифферентные) оксиды ( N2O, NO, CO, SiO) не
взаимодействующие ни с кислотами, ни с основаниями.
Солеобразующие оксиды
образуют соли при взаимодействии с
кислотами (кислотными оксидами) или основаниями. Большинство
солеобразующих оксидов, взаимодействуя с водой образуют гидроксиды.
Гидроксиды – это общее название оснований (NaOH, Cu(OH)2) и
кислородосодержащих кислот (H2SO4, Н3РO4). Некоторые гидроксиды являются
↔ H2ZnO2).
амфотерными
(Zn(OH)2
Солеобразующие
оксиды
подразделяются на основные, кислотные и амфотерные. Основные
оксиды ( Na2O, CaO) образуют соли при взаимодействии с кислотами или
кислотными оксидами. Кислотные (CO2, SO3) образуют соли при
взаимодействии с основаниями или основными оксидами. Амфотерные (
Al2O3, ZnO) образуют соли как при взаимодействии с кислотами, так и с
основаниями.
Резюме по теме:
Химия является одной из фундаментальных наук естествознания.
Современная химия представляет собой совокупность отдельных дисциплин:
общая и неорганическая химия, аналитическая химия, органическая химия и
т.д. В наше время химия занимает важное место среди базовых отраслей
промышленности. Знание химии используется в производстве материалов,
используемых в различных отраслях промышленности. Важнейшими
частицами вещества являются атомы и молекулы. Современная химия
базируется на атомно-молекулярном учении.
Решающий вклад в становлении и развитии химии внесли Пруст,
Дальтон, Авогадро, Рихтер, М.В.Ломоносов,Д.И.Менделеев, А.М.Бутлеров и
др.
Вопросы для самопроверки
1.
2.
3.
Сформулируйте определение химии как науки.
Сформулируйте основные задачи современной химии.
Сформулируйте основные законы химии
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Коровин Н.В.. Общая химия: Учебн. Для техн. Направл. и
спец.вузов–М.: Высш. 2004 -560
2. Глинка. Н.А. «Химия» -Л.:2006– 702 с.
3. Фролов В.В.Химия: Уч. пособ.для втузов. М.: Высш. Шк..2002 -527 с.