Kemija: osnovni koncepti, definicije, pojmi in zakoni

Kemija, osnovni koncepti, ki jih bomo upoštevali, je znanost, ki preučuje snovi in njihove transformacije, ki se pojavljajo s spremembo strukture in sestave ter s tem lastnosti. Najprej je treba ugotoviti, kaj pomeni izraz "snov". Govorimo o tem v širšem smislu, to je oblika snovi, ki ima veliko počitka. Snov je kateri koli osnovni delec, na primer nevtron. V kemiji se ta koncept uporablja v ožjem smislu.

Najprej na kratko opišemo glavne pojme in pojme kemije, atomsko-molekularne teorije. Po tem bomo jih razložili in predstavili tudi nekatere pomembne zakone te znanosti.

Osnovni koncepti kemije (snovi, atoma, molekule) so vsakomur od šole seznanjeni. Spodaj je kratek opis njih, pa tudi drugi, manj očitni izrazi in pojavi.

Atomi

Najprej so vse snovi, ki se preučujejo v kemiji, sestavljene iz majhnih delcev, imenovanih atomov. Neutroni niso predmet študija te znanosti. Prav tako je treba reči, da se lahko atomi povezujejo med seboj, kar povzroči nastanek kemičnih vezi. Za prekinitev tega razmerja je potrebna energija. Posledica tega, da atomi v običajnih pogojih ne obstajajo sami (razen "plemenitih plinov"). Povezujejo se med seboj vsaj v parih.

Neprekinjeno termično gibanje

Stalno termično gibanje označuje vse delce, ki jih študije kemije. Osnovnih pojmov te znanosti ni mogoče ugotoviti, ne da bi to povedali. Pri neprekinjenem gibanju je povprečna kinetična energija delcev sorazmerna temperaturi (vendar je treba opozoriti, da so energije posameznih delcev drugačne). Ekkin = kT / 2, kjer je k Boltzmannova konstanta. Ta formula velja za vse vrste gibanja. Ker Ekin = mV 2/2, je gibanje masivnih delcev počasnejše. Na primer, če je temperatura enaka, se molekule kisika v povprečju gibljejo 4-krat počasneje od molekul ogljika. To je zato, ker je njihova masa več kot 16-krat. Gibanje je vibracijsko, translacijsko in rotacijsko. Vibracije opazujemo v tekočini, v trdnih in v plinastih snoveh. Toda translacijsko in rotacijsko najlažje dosežemo v plinih. V tekočinah je težje in v trdnih delih je še težje.

Molekule

Nadaljujemo z opisom osnovnih pojmov in definicij kemije. Če se atomi združujejo, da tvorijo majhne skupine (ti se imenujejo molekule), take skupine sodelujejo v termičnem gibanju, ki deluje kot celota. V tipičnih molekulah so prisotne do 100 atomov, njihovo število v tako imenovanih visokomolekularnih spojinah pa lahko doseže 105.

Nekomolekularne snovi

Vendar pa se atomi pogosto združujejo v velike kolektive s 107 na 1.027. V tej obliki praktično ne sodelujejo v termičnem gibanju. Ta združenja so malo podobna molekulam. So bolj kot kosi trdnega telesa. Te snovi se navadno imenujejo ne-molekularne. V tem primeru se termično gibanje izvaja znotraj dela in ne leti kot molekula. Obstaja tudi prehodna regija dimenzij, v katero so vključeni tudi spojniki, sestavljeni iz atomov v količini od 105 do 107. Ti delci so bodisi zelo velike molekule bodisi majhni delci praška.

Ioni

Treba je opozoriti, da imajo atomi in njihove skupine električni naboj. V tem primeru se imenujejo ioni v takšni znanosti kot kemija, osnovni koncepti, ki jih preučujemo. Ker se kot vsa naročila vedno odbijajo drug drugemu, snov, kjer obstaja znaten presežek nekaterih dajatev, ne more biti stabilna. Negativni in pozitivni naboji v vesolju vedno zamenjajo. In vsa snov ostane električno nevtralna. Opažamo, da so stroški, ki se štejejo za velike v elektrostatikah, z vidika kemije neznatni (s 105-1015 atomi - t. E.).

Predmeti študija v kemiji

Pojasniti je treba, da so predmeti študija v kemiji tisti pojavi, v katerih se atomi ne pojavljajo in se ne degradirajo, temveč se ponovno združijo, torej se ponovno združijo na nov način. Nekatere povezave so zlomljene, kar povzroči nastanek drugih. Z drugimi besedami, nove snovi se pojavljajo iz atomov, ki so bili v sestavi začetnih snovi. Če so ohranjeni atomi in vezi, ki obstajajo med njimi (na primer med izhlapevanjem molekulskih snovi), so ti procesi del študije molekularne fizike in ne kemije. V primeru nastanka ali uničenja atomov govorimo o predmetih študija jedrske ali atomske fizike. Vendar pa je meja med kemijskimi in fizikalnimi pojavi zamegljena. Konec koncev je delitev v ločene znanosti pogojna, narava pa je nedeljiva. Zato so kemiki zelo uporabno znanje fizike.

Osnovni pojmi kemije smo na kratko opisali z nami. Zdaj vam predlagamo, da jih podrobneje pretehtate.

Več o atomih

Atomi in molekule so tisto, kar mnogi ljudje povezujejo s kemijo. Osnovni pojmi morajo biti jasno opredeljeni. Dejstvo, da obstajajo atomi, pred dvema tisočletjema, je bil briljantno uganjen. Nato so že v 19. stoletju znanstveniki imeli eksperimentalne podatke (še posredno). Govorimo o Avogadrovih večkratnih odnosih, zakonih nespremenljivosti sestave (spodaj bomo upoštevali te osnovne pojme kemije). Atom smo še naprej raziskovali v 20. stoletju, ko se je pojavilo veliko neposrednih eksperimentalnih dokazov. Temelji na podatkih spektroskopije, razpršenosti rentgenskih žarkov, alfa delcev, nevtronov, elektronov itd. Velikost teh delcev je približno 1 E = 1 ^-10 m. Njihova masa je približno 10 ^{-27-10 -25} kg. V središču teh delcev je pozitivno nabito jedro, okoli katerega se premikajo elektroni z negativnim nabojem. Velikost jedra je približno ^10-15 m. Izkazalo se je, da elektronska lupina določa velikost atoma, vendar je njegova masa skoraj popolnoma koncentrirana v jedru. Treba je uvesti še eno opredelitev, ob upoštevanju osnovnih pojmov kemije. Kemični element je vrsta atomov, katerih polnilo je enako.

Pogosto je opredeljen atom kot najmanjši delec snovi, ki je kemijsko nedeljiv. Kako razumeti "kemično"? Kot smo že omenili, je delitev pojavov v fizikalne in kemijske pogojne. Ampak obstoj atomov je brezpogojno. Zato je kemija bolje opredeljena prek njih, in ne obratno, z atomi prek kemije.

Kemična vez

Zato se atomi držijo skupaj. Ne dovoljuje jim, da letijo pod vplivom termičnega gibanja. Opozarjamo na glavne značilnosti povezav - to je med jedrska razdalja in energija. To so tudi osnovni koncepti kemije. Dolžina vezave določimo eksperimentalno z dovolj visoko natančnostjo. Tudi energija, vendar ne vedno. Na primer, nemogoče je objektivno ugotoviti, kaj je v zvezi z enojno vezjo v kompleksni molekuli. Vendar pa je vedno določena energija atomizacije snovi, ki je potrebna za prekinitev vseh razpoložljivih vezi. Če poznamo dolžino povezave, je mogoče določiti, kateri atomi so povezani (imajo majhno razdaljo) in ki niso (dolge razdalje).

Številka koordinacije in koordinacija

Temeljni koncepti analitične kemije vključujejo ta dva izraza. Kaj to pomeni? Ugotovimo to.

Številka koordinacije je število najbližjih sosedov določenega atoma. Z drugimi besedami, to je število tistih, s katerimi je kemično vezan. Usklajevanje je relativni položaj, vrsta in število sosedov. Z drugimi besedami, ta koncept je bolj smiseln. Na primer, koordinacijska številka dušika, ki je del amonijaka in molekul dušične kisline, je enaka - 3. Vendar je njihova koordinacija drugačna - ne ravna in ravna. Določena je neodvisno od pojma narave vezi, medtem ko so stopnja oksidacije in valence pogojni koncepti, ki se ustvarjajo, da bi lahko napovedali koordinacijo in sestavo vnaprej.

Določanje molekule

Ta koncept smo se že dotaknili, na kratko pa smo upoštevali osnovne pojme in zakone kemije. Sedaj pa podrobneje preberite o njej. V učbenikih je pogosto opredelitev molekule kot najmanjši nevtralni delec snovi, ki ima svoje kemijske lastnosti in je lahko neodvisno tudi obstoj. Treba je opozoriti, da je ta opredelitev zdaj zastarela. Prvič, kaj vsi fiziki in kemiki imenujejo molekule, lastnosti materije ne ohranijo. Voda se disociira, vendar to zahteva najmanj 2 molekuli. Stopnja vodne disociacije je 10 ^-7 . Z drugimi besedami, samo en molekul od 10 milijonov je lahko podvržen temu procesu. Če imate eno molekulo ali pa je celo sto, ne morete dobiti ideje o njegovi disociaciji. Dejstvo je, da toplotni učinki reakcij v kemiji običajno vključujejo energijo medsebojnega delovanja med molekulami. Zato jih eden izmed njih ne more najti. Tako kemijske kot fizikalne lastnosti molekulske snovi lahko določi samo velika skupina molekul. Poleg tega obstajajo snovi, v katerih je "najmanjši" delec, ki lahko neodvisno obstaja, nejasno velik in zelo drugačen od običajnih molekul. Molekula je dejansko skupina atomov, ki ni električno napolnjena. V posameznem primeru je lahko en atom, npr. Ne. Ta skupina mora biti sposobna sodelovati pri difuziji, pa tudi pri drugih vrstah termičnega gibanja, ki delujejo kot celota.

Kot lahko vidite, osnovni koncepti kemije niso tako preprosti. Molekula je nekaj, kar je treba natančno preučiti. Ima lastne lastnosti in molekulsko maso. Zdaj bomo govorili o slednjem.

Molekulska masa

Kako določiti molekularno težo po izkušnjah? Eden od načinov - na podlagi Avogadrovega zakona, o relativni gostoti pare. Najbolj natančna metoda je masni spektrometrik. Elektron je izločen iz molekule. Nastali ion se najprej pospeši v električnem polju, nato ga zavrti z magnetno potjo. Razmerje med polnjenjem in maso je natančno določeno z velikostjo odstopanja. Obstajajo tudi metode, ki temeljijo na lastnostih, ki jih imajo rešitve. Vendar pa morajo molekule v vseh teh primerih nujno potekati v raztopini v vakuumu v plinu. Če se ne premikajo, je nemogoče objektivno izračunati njihovo maso. In njihov obstoj v tem primeru je težko zaznati.

Značilnosti nemolekularnih snovi

Ko govorimo o njih, opozarjajo, da so sestavljeni iz atomov, ne molekul. Vendar to velja tudi za žlahtne pline. Ti atomi se prosto gibljejo, zato jih je bolje obravnavati kot monatomske molekule. Vendar to ni glavna stvar. Še pomembneje je, da v nemolekularnih snoveh obstajajo številni atomi, ki so povezani skupaj. Treba je opozoriti, da je delitev vseh snovi v nemo molekularne in molekularne pomanjkljivosti nezadostna. Razdelitev po povezljivosti je bolj smiselna. Razmislite, na primer, o razlikah v lastnostih grafita in diamanta. Oba sta ogljik, prvi je mehak, drugi pa trdi. Kaj se razlikujejo drug od drugega? Razlika je prav v njihovi skladnosti. Če upoštevamo strukturo grafita, bomo videli, da obstajajo močne vezi samo v dveh dimenzijah. Toda v tretji, medatomski razdalji so zelo pomembni, zato ni močne povezave. Grafit enostavno zdrsne in se zlomi skozi te plasti.

Povezava strukture

V nasprotnem primeru se imenuje prostorska razsežnost. Predstavlja število dimenzij prostora, za katerega je značilen stalen (skoraj neskončni) sistem okostja (močnih vezi) v njih. Vrednosti, ki jih lahko sprejmejo, so 0, 1, 2 in 3. Zato je treba razlikovati tridimenzionalno povezane, plastne, verige in otoške (molekularne) strukture.

Zakon stalnosti sestave

Preučili smo osnovne pojme kemije. Snov smo na kratko upoštevali pri nas. Zdaj pa govorimo o zakonu, ki velja zanj. Običajno je formuliran na naslednji način: vsaka posamezna snov (to je čista), ne glede na to, kako je bila sprejeta, ima enako količinsko in kakovostno sestavo. Toda kaj pomeni pojem "čista snov"? Ugotovimo to.

Pred dvema tisočletjema, ko strukture snovi še ni bilo mogoče preučiti z neposrednimi metodami, ko celo niti osnovni kemijski pojmi in zakoni kemije, na katere smo bili navajeni, sploh niso obstajali, je bilo opisno opisano. Na primer, voda je tekočina, ki je osnova morja in rek. Nima vonja, barve in okusa. Ima takšne temperature zamrzovanja in taljenja, bakrovega sulfata pa iz njega postane modro . Slana morska voda je zato, ker ni čista. Vendar pa soli lahko ločimo z destilacijo. Približno so bili osnovni kemijski pojmi in zakoni kemije definirani z opisno metodo.

Za znanstvenike tistega časa ni bilo očitno, da ima tekočina, ki je izolirana na različne načine (gorenje vodika, dehidriranje vitriola, destilacija morske vode) enako sestavo. Odlično odkritje v znanosti je bilo dokaz tega dejstva. Ugotovljeno je bilo, da se razmerje med kisikom in vodikom ne more nemoteno spremeniti. To pomeni, da elementi sestavljajo atomi - nedeljivi deli. Tako smo dobili formule snovi, prav tako pa je predstavitev znanstvenikov o molekulih upravičena.

V našem času se vsaka snov, eksplicitno ali implicitno, določi predvsem s formulo, ne s tališčem, okusom ali barvo. Voda - H ₂ O. Če so prisotne druge molekule, to ne bo več čisto. Zato je čista molekulska snov tista, ki jo sestavljajo molekule samo ene vrste.

Vendar, kako v tem primeru biti z elektroliti? Navsezadnje vsebujejo ione, ne samo molekule. Potrebna je strožja opredelitev. Čista molekularna snov je tista, ki je sestavljena iz molekul ene vrste in morda tudi produktov njihove reverzibilne hitro transformacije (izomerizacija, združevanje, disociacija). Beseda "hitro" v tem kontekstu pomeni, da se teh izdelkov ne moremo znebiti, takoj se znova pojavijo. Beseda "reverzibilna" pomeni, da transformacija ni popolna. Če je, potem je bolje reči, da je nestabilna. V tem primeru ni čista snov.

Zakon o ohranjanju množine snovi

Od najzgodnejših časov je bil ta zakon znan v metaforični obliki. Rekel je, da je snov nepopustljiva in neuničljiva. Potem je prišla njegova kvantitativna formulacija. Po njenem mnenju je teža (in od konca 17. stoletja - masa) merilo količine snovi.

Ta zakon, v obliki, ki je običajen za nas, je leta 1748 odprl Lomonosov. Leta 1789 ga je dopolnil A. Lavoisier, francoski znanstvenik. Njegova sodobna formulacija se sliši takole: masa snovi, ki vstopajo v kemično reakcijo, je enaka masi snovi, ki izhajajo iz nje.

Avogadrovo pravo, zakon o količini plina

Zadnji od teh je leta 1808 oblikoval francoski znanstvenik JL Gay-Lussac. Trenutno se ta zakon imenuje zakon Gay-Lussac. Po njegovem mnenju se količine reakcijskih plinov nanašajo med seboj, pa tudi na količino plinastih proizvodov, dobljenih kot majhna cela števila.

Vzorec, ki je ugotovilo, Gay-Lussac, pojasnjuje zakon, ki je bila odprta malo kasneje, leta 1811, Amedeo Avogadro, italijanski znanstvenik. Navaja, da pod enakimi pogoji (tlak in temperatura) v plinih, ki imajo enako prostornino, enako število prisotnih molekul.

Dve pomembni posledice izhajajo iz prava Avogadrove. Prva je v tem, da pod enakimi pogoji, en mol koli plina zaseda enak volumen. Premestitev bodisi pod normalnimi pogoji (ki so temperatura 0 ° C in 101,325 kPa) je 22,4 litrov. Drugi Posledica tega razlogi, kot sledi: je masno razmerje med plinov z enako količino pod enakimi pogoji, enak razmerju njihove molsko maso.

Obstaja pa še ena prava, kar je vsekakor treba omeniti. Mi vam bo povedal, o tem na kratko.

Periodni zakon in miza

D. I. Mendelejev, ki temelji na kemijskih lastnosti elementov in atomske in molekularne znanstveniki, ki so odkrili ta zakon. Ta dogodek se je zgodil 1. marec 1869 Redni zakon je eden od najpomembnejših v naravi. Ugotovimo lahko, kot sledi: lastnosti elementov tvorjenih zahtevnih in enostavnih snovi in imajo periodično odvisnost od pristojbin jeder atomov.

Periodni sistem, ki ga je ustvaril Mendelejev, sestavljen iz sedmih obdobij in osem skupin. Skupine imenuje svoje navpične stolpce. Elementi znotraj vsakega od njih imajo podobne fizikalne in kemijske lastnosti. Skupina, po drugi strani, je razdeljena na podskupine (glavne in stranske).

Vodoravne vrstice v tej tabeli se nanašajo na obdobja. Elementi, ki so v njih, se med seboj razlikujejo, vendar pa je skupno - dejstvo, da so njihovi najnovejši elektroni na isti ravni energije. V prvem obdobju sta le dva elementa. H je vodik in helij on. Osem elementi so v drugem obdobju. V četrti svoje že 18. Mendelejev imenuje to obdobje kot prva velika. V petem in 18 elementov, njegova struktura je podobna četrti. Kot del šestega - 32 elementih. Sedmi ni končano. To obdobje se začne s Francozi (FR). Domnevamo lahko, da bo vsebovala 32 elementov, kot tudi šestino. Vendar pa doslej le 24 najdenih.

pravilo otketa

Po pravilu otketa vse elemente običajno pridobi elektron ali izgubi, da bi bilo konfiguracijo 8-elektronov v žlahtni plin najbližje zanje. Ionizacijski energije - je količina energije, potrebne za ločevanje elektronov atoma. Otketa pravilo določa, da kadar se gibljejo od leve proti desni na periodnem potrebujete več energije odstraniti elektron. Zato, predmeti, ki so na levi strani, si prizadeva zagotoviti, da izgubijo elektron. Ravno nasprotno, tisti, ki se nahaja na desni strani, ki si želijo kupiti.

Zakoni in osnovni pojmi kemije, smo na kratko predstavil. Seveda je to le splošne informacije. V enem članku je nemogoče govoriti o tako hude znanosti v podrobnosti. Osnovni pojmi in zakoni kemije, kot so opisani v tem članku - je izhodišče za nadaljnji študij. Konec koncev, v tej znanosti obstaja veliko odsekov. Obstaja, na primer, organski in anorganski kemiji. Osnovni koncepti vsakega od delov te znanosti lahko študiral za dolgo časa. Toda tisti, opisani zgoraj, se nanašajo na splošna vprašanja. Zato lahko rečemo, da so to osnovni koncepti organske kemije, kot tudi anorganska.