Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ Цель

Лекция 1
ВВЕДЕНИЕ.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ
Цель: изучение значения химии, основных понятий и законов
химии
Задачи:
1.
Рассмотреть развитие современной химии;
2. Изучить основные понятия и законы химии.
Задачи:
Желаемый результат:
Студенты должны знать:
- определение химии как науки;
- теоретические законы химии;
уметь:
- проводить химические расчеты, используя основные понятия и законы
химии.
иметь представление:
- об основных классах неорганических
Учебные вопросы:
1. Предмет химии;
2. Успехи современной химии.
3. Химия и проблемы экологии
4. Основные понятия химии;
5. Основные законы химии;
6.
Классификация неорганических веществ. Генетическая связь между классами
неорганических соединений
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.
Основные понятия химии
Все окружающий нас мир - это материя, которая проявляется в двух формах:
вещество и поле. Вещество – это материальные объекты, которые имеют массу
покоя. Поле – это форма материи, которая характеризуется энергией и
осуществляющая взаимодействие частиц (электромагнитное поле, гравитационное
поле). Вещество может существовать в четырех состояниях: твердом, жидком,
газообразном и плазменном. Важнейшими частицами вещества являются атомы и
молекулы .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
С. Моль вещества содержит 6,02 • 1023структурных единиц (постоянная
12
Авогадро NA).
Молярная масса вещества представляет собой отношение его массы к
количеству вещества:
М=
m
,
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 (17481760 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
=
mЭ (1) mЭ (2) ;
V1
V2
m1
V2
=
=
или
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 амфотерными (Zn(OH)2 ↔ H2ZnO2). 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.
Элементы
Металлы:
K,Na,Ca,Mg
Основные:
Na2O,CaO,BaO
Неметаллы:
S,P,N2, C
Оксиды
Амфотерные:
Al2O3, ZnO,
Несолеобразующие:
CO,NO, N2O,SiO
Кислотные:
SO2,P2O5,CO2
Гидроксиды:
Основные:
NaOH,KOH,Ba(OH)2
Амфотерные:
Al(OH)3, Zn(OH)2
Кислоты:
H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CO3
Соли:
Основные:
Cu(OH)NO3,Fe(OH)Cl2
Средние:
CuSO4, Al(NO)3, Na3PO4
Кислые:
NaH2PO4, KHSO4,NaHCO3
Рис1. Cвязь между классами кислородосодержащих
неорганических соединений
Резюме по теме:
Химия является фундаментальной наукой. В наше время химия занимает
важное место среди базовых отраслей промышленности. Современная химия играет
огромную роль в народном хозяйстве. 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.
Какова формулировка основных законов 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.
4. Синицына И.Н.,
Методические указания к самостоятельной
работе
«Основные законы химии». СГТУ, БИТТУ– 2007г.