Какая частица минимальной массы обладает основными химическими свойствами
Химия – наука о веществах, их свойствах, превращениях и явлениях, сопровождающих эти превращения.
Вещества – это то, из чего состоят предметы (физические тела) окружающего мира. Вещества, существующие в природе, постоянно претерпевают различные изменения.
Явления – различные изменения, которые происходят с веществами.
Физические явления – явления, не сопровождающиеся превращениями одних веществ, в другие (обычно изменяется агрегатное состояние веществ или их форма).
Химические явления – явления, в результате которых из данных веществ образуются другие.
Иначе химические явления называют химическими реакциями.
Каждое вещество обладает строго определёнными свойствами.
Свойства веществ – признаки, позволяющие отличить одни вещества от других, или установить сходство между ними.
Физические свойства:
m – масса, V – объём, ρ – плотность.
Масса может быть выражена в граммах, объем в миллилитрах (если это жидкость) или литрах (если это газ).
1 мл = 1 см3, 1 л = 1 дм3, 1000 л = 1 м3
Поэтому плотность измеряют в г/мл, г/см3 (если это жидкость), или в г/л, г/дм3 (если это газ).
Если принять V = 1, то плотность – это масса единичного объёма вещества.
Химические свойства – это те химические реакции, в которые вступает данное вещество.
Так же можно сказать, что химические свойства – это те химические реакции, которые характеризуют группу веществ (класс веществ). Например, мы будем в дальнейшем изучать свойства воды, свойства класса оксидов, свойства класса алканов и т.д.
ООсновы атомно – молекулярного учения
Идея о том, что вещества состоят из мельчайших частиц возникла в Древней Греции в философских учениях Левкиппа и его ученика Демокрита. Эти частицы они назвали атомами (неделимые).
Существование атомов было доказано эмпирическим путём в конце 16 – начале 17 века Джоном Дальтоном и М. В. Ломоносовым. Ими же были заложены основы атомно – молекулярного учения.
В настоящее время, в связи с открытием делимости атома и появлением теории химической связи, основные положения атомно – молекулярного учения существенно изменились. Его суть можно свести к ряду важных положений, которые необходимо запомнить.
Все вещества, существующие в природе, представляют собой совокупность очень большого числа частиц (атомов, молекул или ионов). В зависимости от типа частиц все вещества условно подразделяют на две группы: вещества молекулярного строения и вещества немолекулярного строения (атомного или ионного).
Вещества молекулярного строения – вещества, основной структурной единицей которых является молекула.
Вещества немолекулярного строения – вещества, основными структурными единицами которых являются атомы или ионы.
Частицы, из которых состоит данное вещество, взаимодействуют между собой посредством электромагнитных (кулоновских) сил и находятся в постоянном движении. Движение частиц ограничено силами взаимодействия между ними.Каждое вещество, в зависимости от условий (температуры, давления) может находиться в определённом агрегатном состоянии.
В твёрдом агрегатном состоянии вещества, составляющие его частицы находятся относительно упорядоченно (кристаллическое состояние), их кинетическая энергия (энергия движения) существенно меньше чем потенциальная (энергия покоя). В газообразном состоянии, частицы свободно движутся в предоставленном им объёме и их кинетическая энергия существенно выше чем потенциальная.
В жидкости же потенциальная энергия частиц примерно равна их кинетической энергии. Это связано с тем, что часть частиц жидкости находится относительно упорядоченно в составе так называемых кластеров(англ. cluster— скопление). Другие же частицы свободно перемещаются по объёму жидкости. Чем ниже температура жидкости, тем больше в ней кластеров и наоборот.
Рис. Кластеры воды, где число молекул 20-220
Следует отметить, что существуют еще два дополнительные “состояния”. Это жидкокристаллическое состояние и состояние плазмы.
Цитоплазматическая мембрана клетки – типичный пример жидкого кристалла. Молекулы фосфолипидов в биологической мембране относительно упорядоченно распределяются в двух слоях, но при этом могут в пределах слоя свободно перемещаться, а также “перескакивать” из одного слоя в другой.
Жидкие кристаллы имеют широкое применение в технике (напр., ЖК-мониторы компьютеров).
Плазма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — ионизованный газ.
Плазма в своём составе содержит свободные электроны, катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы).
Так как плазма содержит заряженные частицы, то она проводит электрический ток и на неё можно воздействовать внешним магнитным полем. Различают низкотемпературную и высокотемпературную плазму.
Изучает свойства плазмы наука физика.
Вещество из одного агрегатного состояния может переходить в другие агрегатные состояния при изменении внешних условий – температуры (T) и давления (P). Такие переходы принято называть фазовыми переходами.
Так, при повышении температуры, твердое вещество превращается в жидкость, а жидкость при ещё большей температуре превращается в газ. Дальнейшее повышение температуры переводит газ в плазму. При таких переходах вещество в другие вещества не превращается. Напомним, что такие явления мы называем физическими. Поэтому фазовые переходы – это физические явления.
При понижении температуры происходят обратные фазовые переходы – газ превращается в жидкость, а жидкость переходит в твердое состояние.
Фазовые переходы имеют названия.
Твердое —> Жидкое (плавление, обратный переход – кристаллизация)
Жидкое —> Газообразное (испарение, обратный переход – конденсация)
Газообразное —> Плазма (ионизация, обратный переход – деионизация)
Твердое —> Газообразное (сублимация или возгонка, обратный переход – десублимация)
Вещество – совокупность большого числа частиц, находящаяся в определённом агрегатном состоянии в зависимости от условий (температуры и давления).
Поэтому, например, такая фраза как: “Вода – жидкое вещество”, является некорректной. Если мы говорим об агрегатном состоянии вещества, то следует обязательно уточнить условия в которых находится вещество – температуру и давление. Такая фраза как: “При нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре, вода – жидкое по агрегатному состоянию вещество”, является правильной.
С точки зрения физики, что более точно, вещество – это форма материи, состоящая из частиц, обладающих массой покоя. Существуют частицы, не обладающие массой покоя, например, фотоны. Материя, состоящая из частиц, не обладающих массой покоя называется поле.
Протоны, нейтроны, электроны – это частицы, обладающие массой покоя, следовательно это частицы вещества. Но химия не изучает вещество, состоящее, к примеру, из электронов (электронный газ), или вещество, состоящее из нейтронов (нейтронный газ). Это удел физики.
Химия изучает вещества, состоящие из атомов, молекул или ионов.
Ввиду этого вещество условно можно подразделить на физическое (электронный газ в проводнике, нейтронный газ и т.д.) и химическое (состоящее из атомов, молекул, ионов, свободных радикалов).
Источник
ЧАСТЬ И
ОБЩАЯ ХИМИЯ
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ПОНЯТИЯ ХИМИИ
Основные понятия атомно-молекулярного
учение. Атом. Молекула. Химический элемент
Основными
понятиями атомно-молекулярного учения «молекула», «атом», «химический элемент»,
«простые и сложные вещества».
Молекула
– это наименьшая частица вещества, способная существовать самостоятельно, сохраняя
основные химические свойства этого вещества. Существование молекул подтверждается
многочисленными экспериментальными фактами: растворением веществ, изменением их
агрегатного состояния, распространением запахов, явлениями диффузии и броуновского движения.
Молекулы имеют определенные массы и размеры, но очень маленькие. Размеры молекул
находятся в пределах 10-1010-7 м, а масса небольших молекул – около 10-26 кг.
Молекулы
могут иметь электрический заряд. Такие частицы называют ионами. В этом случае
отдельные молекулы индивидуально могут существовать только в растворенном или
расплавленном состоянии, однако в любом состоянии они могут существовать вместе с
противоположно заряженными частицами, чтобы тело в целом не имело электрического
заряда. Кроме распространенных неорганических ионов, примером заряженных молекул является
молекулы нуклеиновых кислот и белков.
Свойства
молекул сохраняют и обусловливают такие свойства веществ, как агрегатное состояние,
цвет, вкус, запах, плотность, температуры кипения и плавления,
электропроводность, диэлектрическая проницаемость, способность вступать в химические взаимодействия
с другими веществами. Однако это не означает, что молекулы имеют эти свойства.
Большинство физических свойств веществ присущи только совокупности молекул.
Например, в отдельной молекулы не может быть температуры кипения или плавления,
однако такие свойства молекул, как масса, размер, дипольный момент и способность
взаимодействовать друг с другом, обусловливают температуру плавления и кипения, а
соответственно, и агрегатное состояние в определенных условиях.
Зависимость свойств веществ от свойств молекул
Свойство | Свойство |
1. Масса | Плотность веществ, температуры кипения |
2. Размер | Плотность веществ |
3. Способность притягиваться друг к | Плотность веществ, температуры кипения |
4. Форма | Запах, вкус |
5. Дипольный момент | Диэлектрическая проницаемость и магнитная |
6. Способность к поляризации | Коэффициент преломления, диэлектрическая |
7. Электрический заряд | Агрегатное состояние, твердость, |
8. Способность поглощать и излучать | Цвет вещества |
Молекулы
состоят из атомов, которые соединены между собой химическими связями в определенной последовательности
и определенным образом ориентированы в пространстве. Количество атомов в молекулах может быть
от друга (например, одноатомные молекулы инертных газов или одноатомные ионы),
двух (Н2, О2 и др.) до нескольких тысяч (молекулы полимеров,
белков, нуклеиновых кислот).
Все
молекулы одного вещества имеют одинаковый состав, размеры, массу и другие
свойства. Молекулы разных веществ отличаются по составу, размерам,
порядком соединения атомов (молекул изомерных веществ), свойствами.
Между
молекулами в любом состоянии есть определенные расстояния (пустоты). Расстояния между
молекулами определяются агрегатным состоянием, в котором находится вещество.
Наибольшее расстояние в газообразном состоянии (10-810-7 м – значительно больше размера самих молекул), в
жидком и твердом состояниях расстояния между молекулами примерно одинаковы и находятся
в пределах 10-10 м. Благодаря этому при переходе из твердого состояния в
жидкий объем вещества изменяется совсем немного: чаще всего увеличивается, а иногда
(очень редко) уменьшается (например, при плавлении льда). А при переходе с
твердого или жидкого состояния в газообразное объем вещества меняется в тысячу и
более раз.
Молекулы
находятся в непрерывном хаотическом движении. В твердых веществах они делают
колебательные движения относительно своего равновесного положения, в жидкостях – колебательные движения
и возможные прямолинейные движения, что обеспечивает способность жидкости течь, а в газах
молекулы движутся хаотично прямолинейно.
При
прохождении химических реакций молекулы разрушаются, образуя новые молекулы других
веществ.
Атом
– это химически неделимая электронейтральная частица вещества, состоящая из
положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Атом
характеризует определенная масса, размеры, состав, строение электронной оболочки и т.д. Масса
атома имеет очень маленькие значения, около 10-2710-25 кг. Радиусы атомов составляют примерно 10-10 м.
Атом
состоит из субатомных частиц – протонов и нейтронов и элементарных частиц
– электронов. Протоны и нейтроны находятся в центре атома и его ядром,
радиус которого составляет примерно 10-1410-15 м, то есть на пять порядков меньше радиуса
атома. Электроны образуют электронную оболочку, размеры которой определяют размеры
атома, и хаотично движутся вокруг ядра атома с высокой скоростью.
При
прохождении химических реакций атомы не исчезают и не образуются из ничего, они
могут перегруппировываться или переходить от одной молекулы к другой. В
химических реакциях может меняться строение и состав электронной оболочки атома.
Количественными
характеристиками атома является заряд ядра и масса атома. Атомы, имеющие одинаковый
заряд ядра, являются атомами одного химического елемента. им присущи одинаковые химические
свойства. Таким образом, атом – это носитель свойств химического элемента.
В то же время атомы одного элемента могут иметь разную массу вследствие явления изотопии.
Для
количественной характеристики атомов используют следующие величины:
Протонне
число – число протонов, входящих в состав ядра атома.
Нейтронное
число – число нейтронов, входящих в состав ядра атома.
Нуклонне
число – число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре атома.
Атомы
с одинаковым протонным и нейтронным числом называют нуклидами. Нуклиды с одинаковым
протонным числом, но разным нейтронным числом называют изотопами.
Атомы
могут входить в состав молекул или объединяться в большом количестве,
образуя вещества атомного строения, например кристаллы алмазов. Такие скопления
еще называют надмолекулами, то есть каждый отдельный кристалл алмаза – это одна
надмолекула.
Химический
элемент – это вид атомов с определенным (одинаковым) зарядом ядра.
Понятие
«химический элемент» нельзя отождествлять с понятием «вещество». Химический
элемент – это тип атомов, характеризующихся определенной совокупностью свойств.
Он является составной частью веществ. При прохождении химических реакций химические
элементы сохраняются и переходят из одного вещества в другое. Новые вещества
состоят из тех же элементов, что и исходные. Простые и сложные вещества – это
формы существования химических элементов.
Каждый
элемент имеет свое название и символ. Носителем свойств химических элементов является атом.
Входя в состав различных веществ, атомы каждого элемента придают им
свойств этого элемента. Например, оксид, сульфид и хлорид Натрия имеют
некоторые общие свойства благодаря наличию ионов Натрия, а также и различие
за счет ионов Кислорода, Серы и Хлора.
Основной
количественной характеристикой элемента является заряд ядра его атомов, что совпадает с
порядковому номеру этого элемента в Периодической системе. Не могут существовать
различные химические элементы, атомы которых имели бы одинаковый заряд. На основании заряда
ядра можно определить элемент.
Масса
атома также является количественной характеристикой химического элемента, однако она не является
однозначной. Существуют атомы разных элементов, имеющие одинаковую массу. Такие атомы
называют ізобарами, например атом Калия-40 и Кальция-40. Кроме того, могут
существовать атомы одного элемента, но с разной массой – изотопы (например,
Калий-39 и Калий-40).
По
строением электронной оболочки химические элементы делятся на s-, p-, d- и f-элементы. По
химическим свойствам элементы разделяют на металлические и неметаллические. Атомы
металлических элементов преимущественно отдают электроны в химических реакциях, а атомы
неметаллических – преимущественно принимают. По химическим свойствам также выделяют
группы и семьи элементов, например щелочные и щелочноземельные металлы, инертные
газы, семья лантаноидов и т.д.
Сейчас
насчитывают 118 химических элементов, среди которых элементы с порядковым номером к
92 (за небольшим исключением) существуют в природе, а остальные получены искусственно.
Простые
вещества – это вещества, которые состоят из атомов одного химического элемента,
то есть это форма существования химического элемента в свободном состоянии.
Так,
кислород О2, озон О3, сера S8, графит С – это простые вещества, состоящие из атомов
химических элементов Кислорода (О), Серы (S) и
Карбона (С). Сейчас насчитывают более 500 простых веществ. Тот факт, что простых
веществ значительно больше количества химических элементов, объясняется явлением
аллотропия, когда атомы одного элемента могут образовывать несколько простых веществ.
Простые вещества, состоящие из атомов одного химического элемента, называют
алотропними формами или модификациями.
Сложные
вещества – это вещества, состоящие из атомов различных элементов, то есть это форма
существование химических элементов в связанном состоянии.
Так,
вода Н2О, сернистый газ SO2,
углекислый газ СО2, сероуглерод CS2,
этиловый спирт С2Н5ОН – сложные вещества, состоящие
из атомов химических элементов Водорода (Н), Кислорода (О), Серы (S), Углерода (С). Сейчас насчитывают более 17 млн. сложных веществ,
из которых более 5 млн. относят к неорганическим, а более 12 млн. – к органическим,
и ежегодно синтезируют или открывают еще около 200 тыс. новых веществ.
Источник
Лекция.1. Основные понятия химии.
- Вещество. Атом. Молекула. Химический элемент. Аллотропия.
- Простые и сложные вещества. Качественный и количественный состав веществ.
- Химические знаки и формулы. Относительные атомная и молекулярная массы. Количество вещества.
1.Вещество. Атом. Молекула. Химический элемент. Аллотропия.
Химия– это наука о веществах и процессах их превращения, при которых происходит изменение состава и структуры.
Вещество – это каждый отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими свойствами (вода, железо, сера, известь, кислород). Природные вещества представляют собой смеси, состоящие иногда из большого числа различных веществ.
Основой всей химической науки являются атомно-молекулярное учение, закон сохранения материи, периодический закон Д.И.Менделеева и теория химического строения.
Создание атомно-молекулярного учения относится к концу 18 – началу 19 вв., когда в химию были введены количественные методы исследования.
Огромный вклад в создание этой теории внес русский ученый М.В.Ломоносов.
Основные положения заключаются в следующем:
1. Вещества состоят из молекул; молекулы различных веществ отличаются между собой химическим составом, размерами, физическими и химическими свойствами.
2. Молекулы находятся в непрерывном движении; между ними существует взаимное притяжение и отталкивание. Скорость движения молекул зависит от агрегатного состояния веществ.
3. При физических явлениях состав молекул остается неизменным, при химических – претерпевают качественные и количественные изменения и из одних молекул образуются другие.
4. Молекулы состоят из атомов. Атомы характеризуются определенными размерами и массой. Свойства атомов одного и того же элемента одинаковы и отличаются от свойств атомов других элементов.
При химических реакциях атомы не претерпевают качественных изменений.
Атом – это электронейтральная частица, состоящего из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Атом – наименьшая частичка химического элемента, предел химической делимости материи. Атом- носитель свойств химического элемента.
Атомы могут взаимодействовать между собой, образуя молекулы.
Валентность – это способность атомов элементов образовывать химические связи. Молекула – это система, состоящая из связанных между собой атомов.
Молекула – это наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.
Молекула способная к самостоятельному существованию и состоит из одинаковых или различных атомов, соединенных в одно целое химическими связями.
Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.
Каждый химический элемент обозначают соответствующим символом. Символ Cu обозначает атом меди, H- один атом водорода.
Состав веществ обозначают химическими формулами, в которых символами указывают химические элементы, входящие в состав вещества, цифровыми индексами справа – число атомов каждого элемента. В состав молекулы серной кислоты H2SO4 входят два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода.
Каждая химическая связь в формуле обозначается черточкой.
Способность химического элемента образовывать несколько простых веществ называется аллотропией.
А различные простые вещества, образованные одним элементом, – аллотропными видоизменениями, или аллотропными модификациями.
Явление аллотропии обусловлено несколькими причинами:
- Образованием молекул с различным числом атомов (кислород О2 и озон О3 фосфор двухатомный Р 2 и четырехатомный Р4)
- образованием кристаллов различных модификаций (углерод в виде графита и алмаза).
2.Простые и сложные вещества. Качественный и количественный состав веществ.
Простые вещества – это вещества, образованные одним химическим элементом.
Один и тот же химический элемент может образовывать несколько простых веществ.
Вещества, образованные из двух и более химических элементов, называют сложными. Сложных веществ гораздо больше, чем простых.
Различают в качественный и количественный состав веществ.
Качественный состав – это совокупность химических элементов и (или) атомных группировок, составляющих данное химическое вещество.
Количественный состав – это показатели, характеризующие количество или число атомов того или иного химического элемента и (или) атомных группировок, образующих данное химическое вещество.
Состав веществ отображают посредством химической символики.
По предложению Й. Я. Берцелиуса элементы принято обозначать первой или первой и одной из последующих букв латинских названий элементов.
- Химические знаки и формулы. Относительные атомная и молекулярная массы. Количество вещества.
Химический знак (символ) – несет значительную информацию. Он обозначает название элемента, один его атом, один моль атомов этого элемента. По символу химического элемента можно определить его атомный номер и относительную атомную массу.
Химическая формула – это способ отображения химического состава вещества. Она обозначает название вещества, одну молекулу его, один моль этого вещества. По химической формуле можно определить качественный состав вещества, число атомов и количество вещества каждого элемента в одном моле вещества, его относительную молекулярную и молярную массу.
Формулы вещества составляют на основании еще одного важнейшего понятия в химии – валентности.
Валентность – это способность атомов одного химического элемента соединятся со строго определенным числом атомов другого химического элемента.
Широко используются несколько видов химических формул:
- Простейшая (эмпирическая) формула показывает качественный состав и соотношения, в которых находятся частицы, образующие данное вещество.
- Молекулярная (истинная) формула показывает качественный состав и число составляющих вещество частиц, но не показывает порядок связей частиц в веществе, т. е. его структуру.
- Графическая формула отражает порядок соединения атомов, т. е. связи между ними.
Относительная атомная масса ( ) химического элемента – это величина, показывающая отношение средней массы атома природной изотопной смеси элемента к 1/12 массы атома углерода:
Единая углеродная атомная единица массы (а. е. м.) равна:
1 а. е. м. = кг.
Относительная атомная масса – одна из основных характеристик химического элемента.
Относительная молекулярная масса ( ) равна сумме относительных атомных масс всех атомов, образующих молекулу вещества.
Количество вещества (n или v) характеризуют числом атомов, молекул или других формульных единиц данного вещества.
В Международной системе СИ за единицу количества вещества принят моль.
Моль – это количество вещества, содержащее столько же формульных единиц, сколько атомов содержат 0,012 кг изотопа углерода .
Массу одного моля называют молярной массой и обозначают буквой М:
г/моль.
Молярная масса может быть выражена через число молекул (или атомов) в одном моле вещества ( ) и массу ( ) отдельной молекулы (или атома):
Массу молекулы (атома) в килограммах можно рассчитать по уравнению
следовательно
(кг/моль) = (кг/моль)
Контрольные вопросы:
1.Какая связь между понятием «атом» и «молекула»? В чем различие между ними?
2.Чем определяется простое вещество от химического элемента?
3.Для чего необходима величина М (молярная масса)?
4.Определение количества вещества, моль?
Источник