Tematy kodyfikatora Unified State Examination: Klasyfikacja reakcji chemicznych w organicznych i nieorganicznych Chemia organiczna.
Reakcje chemiczne - jest to rodzaj oddziaływania cząstek, gdy z jednej substancji chemicznej powstaje inna, różniąca się od nich właściwościami i strukturą. Substancje, które Wchodzić w reakcji - odczynniki. Substancje, które powstają podczas reakcji chemicznej - produkty.
Podczas reakcji chemicznej wiązania chemiczne zostają zerwane i powstają nowe.
Podczas reakcji chemicznych atomy biorące udział w reakcji nie ulegają zmianie. Zmienia się jedynie kolejność łączenia atomów w cząsteczkach. Zatem, liczba atomów tej samej substancji nie zmienia się podczas reakcji chemicznej.
Reakcje chemiczne są klasyfikowane według różnych kryteriów. Rozważmy główne rodzaje klasyfikacji reakcji chemicznych.
Klasyfikacja ze względu na liczbę i skład substancji reagujących
Ze względu na skład i liczbę reagujących substancji reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji dzielą się na reakcje zachodzące ze zmianą składu substancji:
1. Reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji (A → B)
Do takich reakcji w chemii nieorganicznej Alotropowe przejścia prostych substancji z jednej modyfikacji do drugiej można przypisać:
S ortormbowy → S jednoskośny.
W Chemia organiczna takie reakcje obejmują reakcje izomeryzacji , gdy z jednego izomeru pod wpływem katalizatora i czynników zewnętrznych otrzymuje się inny (zwykle izomer strukturalny).
Na przykład, izomeryzacja butanu do 2-metylopropanu (izobutanu):
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH 3) -CH 3.
2. Reakcje zachodzące wraz ze zmianą składu
- Reakcje złożone (A + B + ... → D)- są to reakcje, w których z dwóch lub więcej substancji powstaje jedna nowa substancja złożona. W chemia nieorganiczna Reakcje złożone obejmują reakcje spalania prostych substancji, oddziaływanie tlenków zasadowych z tlenkami kwasowymi itp. W chemii organicznej takie reakcje nazywane są reakcjami przystąpienia Reakcje addycji — Są to reakcje, w których do danej cząsteczki organicznej dodaje się inną cząsteczkę. Reakcje addycji obejmują reakcje uwodornienie(oddziaływanie z wodorem), uwodnienie(podłączenie wody), hydrohalogenacja(dodatek halogenowodoru), polimeryzacja(łączenie cząsteczek ze sobą w celu utworzenia długiego łańcucha) itp.
Na przykład, nawilżenie:
CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH
- Reakcje rozkładu (A → B+C+…)- są to reakcje, podczas których z jednej złożonej cząsteczki powstaje kilka mniej złożonych lub prostych substancji. W tym przypadku mogą powstawać zarówno substancje proste, jak i złożone.
Na przykład, podczas rozkładu nadtlenek wodoru:
2H2O2→ 2H 2O + O 2 .
W chemii organicznej oddzielne reakcje rozkładu i reakcje eliminacji . Reakcje eliminacji — Są to reakcje, podczas których atomy lub grupy atomowe oddzielają się od pierwotnej cząsteczki, zachowując jej szkielet węglowy.
Na przykład, reakcja odwodornienia (odwodornienia) z propan:
C 3 H 8 → C 3 H 6 + H 2
Z reguły nazwa takich reakcji zawiera przedrostek „de”. Reakcje rozkładu w chemii organicznej zwykle obejmują przerwanie łańcucha węglowego.
Na przykład, reakcja pękanie butanu(rozszczepianie na prostsze cząsteczki przez ogrzewanie lub pod wpływem katalizatora):
C 4 H 10 → C 2 H 4 + C 2 H 6
- Reakcje podstawienia - są to reakcje, podczas których atomy lub grupy atomów jednej substancji zostają zastąpione atomami lub grupami atomów innej substancji. W chemii nieorganicznej Reakcje te zachodzą według następującego schematu:
AB + C = AC + B.
Na przykład, bardziej aktywny halogeny wypierać mniej aktywne ze związków. Interakcja jodek potasu Z chlor:
2KI + Cl 2 → 2KCl + I 2.
Można zastąpić zarówno pojedyncze atomy, jak i cząsteczki.
Na przykład, po fuzji mniej lotnych tlenków wypierają się bardziej zmienny z soli. Tak, nielotny tlenek krzemu wypiera tlenek węgla z węglan sodu po stopieniu:
Na 2 CO 3 + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + CO 2
W Chemia organiczna Reakcje podstawienia to reakcje, w których część cząsteczki organicznej zastąpiony do innych cząstek. W tym przypadku podstawiona cząstka z reguły łączy się z częścią cząsteczki podstawnika.
Na przykład, reakcja chlorowanie metanu:
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
Pod względem liczby cząstek i składu produktów interakcji reakcja ta jest bardziej podobna do reakcji wymiany. Niemniej jednak, przez mechanizm taka reakcja jest reakcją zastępczą.
- Reakcje wymiany - są to reakcje, podczas których dwie substancje złożone wymieniają swoje części składowe:
AB + CD = AC + BD
Reakcje wymiany obejmują reakcje wymiany jonowej, płynący w rozwiązaniach; reakcje ilustrujące właściwości kwasowo-zasadowe substancji i inne.
Przykład reakcje wymiany w chemii nieorganicznej - neutralizacja kwasu solnego alkalia:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Przykład reakcje wymiany w chemii organicznej - alkaliczna hydroliza chloroetanu:
CH3-CH2-Cl + KOH = CH3-CH2-OH + KCl
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na zmiany stopnia utlenienia pierwiastków tworzących substancje
Poprzez zmianę stopnia utlenienia pierwiastków reakcje chemiczne podzielony przez reakcje redoks i zachodzące reakcje bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastki chemiczne.
- Reakcje redoks (ORR) to reakcje, podczas których stany utlenienia Substancje zmiana. W tym przypadku następuje wymiana elektrony.
W chemia nieorganiczna Takie reakcje obejmują zwykle reakcje rozkładu, podstawienia, łączenia i wszystkie reakcje z udziałem prostych substancji. Aby wyrównać ORR, stosuje się metodę waga elektroniczna(liczba podanych elektronów musi być równa liczbie otrzymanych) lub metoda równowagi elektronowo-jonowej.
W Chemia organiczna oddzielne reakcje utleniania i redukcji, w zależności od tego, co dzieje się z cząsteczką organiczną.
Reakcje utleniania w chemii organicznej są reakcjami, podczas których liczba atomów wodoru maleje lub liczba atomów tlenu w pierwotnej cząsteczce organicznej wzrasta.
Na przykład, utlenianie etanolu pod działaniem tlenku miedzi:
CH 3 -CH 2 -OH + CuO → CH 3 -CH=O + H 2 O + Cu
Reakcje odzyskiwania w chemii organicznej są to reakcje, podczas których wzrasta liczba atomów wodoru Lub liczba atomów tlenu maleje w cząsteczce organicznej.
Na przykład, powrót do zdrowia aldehyd octowy wodór:
CH3-CH=O + H2 → CH3-CH2-OH
- Reakcje protolityczne i metaboliczne - Są to reakcje, podczas których nie zmieniają się stopnie utlenienia atomów.
Na przykład, neutralizacja soda kaustyczna kwas azotowy:
NaOH + HNO 3 = H 2 O + NaNO 3
Klasyfikacja reakcji ze względu na efekt termiczny
Ze względu na efekt termiczny reakcje dzielą się na egzotermiczny I endotermiczny.
Reakcje egzotermiczne - są to reakcje, którym towarzyszy wydzielenie energii w postaci ciepła (+ Q). Takie reakcje obejmują prawie wszystkie reakcje złożone.
Wyjątki- reakcja azot Z tlen z edukacją tlenek azotu (II) - endotermiczne:
N 2 + O 2 = 2NO – Q
Reakcja gazowa wodór z twardym jod Również endotermiczny:
H 2 + I 2 = 2HI – Q
Reakcje egzotermiczne, w których powstaje światło, nazywane są reakcjami palenie.
Na przykład, spalanie metanu:
CH 4 + O 2 = CO 2 + H 2 O
Również egzotermiczny Czy:
Reakcje endotermiczne są reakcjami, którym towarzyszą absorpcja energii w postaci ciepła ( -Q ). Z reguły większość reakcji zachodzi przy absorpcji ciepła rozkład(reakcje wymagające długotrwałego ogrzewania).
Na przykład, rozkład wapień:
CaCO 3 → CaO + CO 2 – Q
Również endotermiczny Czy:
- reakcje hydrolizy;
- reakcje zachodzące dopiero po podgrzaniu;
- reakcje, które tylko występująw bardzo wysokie temperatury ah lub pod wpływem wyładowania elektrycznego.
Na przykład, przemiana tlenu w ozon:
3O 2 = 2O 3 - Q
W Chemia organiczna Wraz z absorpcją ciepła zachodzą reakcje rozkładu. Na przykład, Pękanie pentan:
C 5 H 12 → C 3 H 6 + C 2 H 6 – Q.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na stan skupienia reagujących substancji (ze względu na skład fazowy)
Substancje mogą występować w trzech głównych stanach skupienia - twardy, płyn I gazowy. Według stanu fazowego podziel się reakcjami jednorodny I heterogeniczny.
- Reakcje jednorodne - są to reakcje, w których biorą udział reagenty i produkty w jednej fazie, a zderzenie reagujących cząstek następuje w całej objętości mieszaniny reakcyjnej. Reakcje jednorodne obejmują interakcje ciecz-ciecz I gaz-gaz.
Na przykład, utlenianie dwutlenek siarki :
2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g)
- Reakcje heterogeniczne - są to reakcje, w których biorą udział reagenty i produkty w różnych fazach. W tym przypadku następuje tylko zderzenie reagujących cząstek na granicy kontaktu fazowego. Do takich reakcji zaliczają się interakcje gaz-ciecz, gaz-ciało stałe, ciało stałe-ciało stałe i ciało stałe-ciecz.
Na przykład, interakcja dwutlenek węgla I wodorotlenek wapnia:
CO 2 (g) + Ca (OH) 2 (roztwór) = CaCO 3 (tv) + H 2 O
Aby sklasyfikować reakcje według stanu fazowego, przydatna jest umiejętność określenia stany fazowe substancji. Jest to dość łatwe do zrobienia, korzystając z wiedzy o budowie materii, w szczególności o.
Substancje z joński, atomowy Lub metalowa sieć krystaliczna, zazwyczaj twardy Na normalne warunki; substancje z sieć molekularna , zazwyczaj, płyny Lub gazy w normalnych warunkach.
Należy pamiętać, że po podgrzaniu lub ochłodzeniu substancje mogą przejść z jednego stanu fazowego do drugiego. W takim przypadku należy skupić się na warunkach konkretnej reakcji i właściwości fizyczne Substancje.
Na przykład, otrzymujący gaz syntezowy zachodzi w bardzo wysokich temperaturach, w których woda - para:
CH 4 (g) + H2O (g) = CO (g) + 3H 2 (g)
Zatem reforma parowa metan — jednorodna reakcja.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na udział katalizatora
Katalizator to substancja, która przyspiesza reakcję, ale nie wchodzi w skład produktów reakcji. Katalizator bierze udział w reakcji, ale praktycznie nie jest zużywany podczas reakcji. Konwencjonalnie schemat działania katalizatora DO gdy substancje wchodzą w interakcję A+B można przedstawić następująco: A + K = AK; AK + B = AB + K.
W zależności od obecności katalizatora rozróżnia się reakcje katalityczne i niekatalityczne.
- Reakcje katalityczne - są to reakcje zachodzące przy udziale katalizatorów. Na przykład rozkład soli Bertholleta: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2.
- Reakcje niekatalityczne - Są to reakcje zachodzące bez udziału katalizatora. Na przykład spalanie etanu: 2C 2 H 6 + 5O 2 = 2CO 2 + 6H 2 O.
Wszystkie reakcje zachodzące w komórkach organizmów żywych zachodzą przy udziale specjalnych katalizatorów białkowych – enzymów. Takie reakcje nazywane są enzymatycznymi.
Mechanizm działania i funkcje katalizatorów omówiono szerzej w osobnym artykule.
Klasyfikacja reakcji ze względu na kierunek
Reakcje odwracalne - są to reakcje, które mogą zachodzić zarówno w kierunku do przodu, jak i do tyłu, tj. gdy w danych warunkach produkty reakcji mogą ze sobą oddziaływać. Reakcje odwracalne obejmują większość reakcji jednorodnych, estryfikację; reakcje hydrolizy; uwodornienie-odwodornienie, hydratacja-odwodnienie; produkcja amoniaku z substancji prostych, utlenianie dwutlenku siarki, produkcja halogenowodorów (z wyjątkiem fluorowodoru) i siarkowodoru; synteza metanolu; produkcja i rozkład węglanów i wodorowęglanów itp.
Nieodwracalne reakcje - są to reakcje przebiegające przeważnie w jednym kierunku, tj. W tych warunkach produkty reakcji nie mogą ze sobą reagować. Przykłady nieodwracalne reakcje: spalanie; reakcje wybuchowe; reakcje zachodzące wraz z tworzeniem się gazu, osadu lub wody w roztworach; rozpuszczanie metali alkalicznych w wodzie; itd.
INSTRUKTAŻ
W dyscyplinie „Chemia ogólna i nieorganiczna”
Zbiór wykładów z chemii ogólnej i nieorganicznej
Chemia ogólna i nieorganiczna: instruktaż/ autor E.N.Mozzhukhina;
GBPOU „Kurgan Basic Medical College”. - Kurgan: KBMK, 2014. - 340 s.
Opublikowane decyzją rady redakcyjno-wydawniczej Państwowej Autonomicznej Instytucji Edukacyjnej Dalszego Kształcenia Zawodowego „Instytut Rozwoju Edukacji i technologie społeczne»
Recenzent: NIE. Gorshkova - kandydat nauk biologicznych, zastępca dyrektora IMR, Kurgan Basic Medical College
| Wstęp. | |
| SEKCJA 1. Podstawy teoretyczne chemia | 8-157 |
| 1.1. Prawo okresowe i układ okresowy według elementu D.I. Mendelejew. Teoria budowy substancji. | |
| 1.2.Struktura elektronowa atomów pierwiastków. | |
| 1.3. Rodzaje wiązań chemicznych. | |
| 1..4 Struktura substancji o charakterze nieorganicznym | |
| 1..5 Zajęcia nie związki organiczne. | |
| 1.5.1. Klasyfikacja, skład, nazewnictwo tlenków, kwasów, zasad. Metody otrzymywania i ich Właściwości chemiczne. | |
| 1.5.2 Klasyfikacja, skład, nazewnictwo soli. Metody otrzymywania i ich właściwości chemiczne | |
| 1.5.3. Amfoteryczny. Właściwości chemiczne amfoterycznych tlenków i wodorotlenków. Genetyczny związek między klasami związki nieorganiczne. | |
| 1..6 Połączenia złożone. | |
| 1..7 Rozwiązania. | |
| 1.8. Teoria dysocjacji elektrolitycznej. | |
| 1.8.1. Dysocjacja elektrolityczna. Podstawowe postanowienia. PRZETRZĄSAĆ. Mechanizm dysocjacji. | |
| 1.8.2. Reakcje wymiany jonowej. Hydroliza soli. | |
| 1.9. Reakcje chemiczne. | |
| 1.9.1. Klasyfikacja reakcji chemicznych. Równowaga chemiczna i wypieranie. | |
| 1.9.2. Reakcje redoks. Ich elektroniczna esencja. Klasyfikacja i zestawienie równań OVR. | |
| 1.9.3. Najważniejsze utleniacze i reduktory. ORR z udziałem dwuchromianu, nadmanganianu potasu i rozcieńczonych kwasów. | |
| 1.9.4 Metody porządkowania współczynników w OVR | |
| ROZDZIAŁ 2. Chemia pierwiastków i ich związków. | |
| 2.1. Elementy P. | |
| 2.1.1. ogólna charakterystyka pierwiastki z grupy VII układu okresowego. Halogeny. Chlor, jego właściwości fizyczne i chemiczne. | |
| 2.1.2. Halogenki. Rola biologiczna halogeny. | |
| 2.1.3. Chalkogeny. Ogólna charakterystyka pierwiastków grupy VI PS D.I. Mendelejew. Związki tlenu. | |
| 2.1.4. Najważniejsze związki siarki. | |
| 2.1.5. Główna podgrupa grupy V. Ogólna charakterystyka. Budowa atomu, właściwości fizyczne i chemiczne azotu. Najważniejsze związki azotu. | |
| 2.1.6. Budowa atomu fosforu, jego właściwości fizyczne i chemiczne. Alotropia. Najważniejsze związki fosforu. | |
| 2.1.7. Ogólna charakterystyka pierwiastków grupy IV głównej podgrupy układu okresowego D.I. Mendelejew. Węgiel i krzem. | |
| 2.1.8. Główna podgrupa grupy III układu okresowego D.I. Mendelejew. Bor. Aluminium. | |
| 2.2. s - elementy. | |
| 2.2.1. Ogólna charakterystyka metali grupy II głównej podgrupy układu okresowego D.I. Mendelejew. Metale ziem alkalicznych. | |
| 2.2.2. Ogólna charakterystyka pierwiastków grupy I głównej podgrupy układu okresowego D.I. Mendelejew. Metale alkaliczne. | |
| 2.3. elementy d. | |
| 2.3.1. Podgrupa boczna grupy I. | |
| 2.3.2.. Podgrupa boczna grupy II. | |
| 2.3.3. Podgrupa boczna grupy VI | |
| 2.3.4. Podgrupa boczna grupy VII | |
| 2.3.5. Podgrupa boczna grupy VIII |
Notatka wyjaśniająca
NA nowoczesna scena W rozwoju społeczeństwa zadaniem nadrzędnym jest dbałość o zdrowie człowieka. Leczenie wielu chorób stało się możliwe dzięki postępowi chemii w tworzeniu nowych substancji i materiałów.
Bez głębokiej i wszechstronnej wiedzy z zakresu chemii, bez znajomości znaczenia pozytywnego lub negatywny wpływ czynniki chemiczne środowisko nie będziesz umiał pisać pracownik medyczny. Studenci studia medyczne musi posiadać niezbędną minimalną wiedzę z zakresu chemii.
Ten kurs materiału wykładowego przeznaczony jest dla studentów studiujących podstawy chemii ogólnej i nieorganicznej.
Celem przedmiotu jest zapoznanie się z podstawami chemii nieorganicznej przedstawionymi na obecnym poziomie wiedzy; poszerzanie zakresu wiedzy z uwzględnieniem orientacji zawodowej. Ważnym kierunkiem jest stworzenie solidnej bazy, na której można budować nauczanie innych specjalistycznych dyscyplin chemicznych (chemia organiczna i analityczna, farmakologia, technologia leków).
Proponowany materiał zapewnia poradnictwo zawodowe studentów na temat powiązań teoretycznej chemii nieorganicznej z dyscyplinami specjalnymi i medycznymi.
Głównymi celami kształcenia w tej dyscyplinie jest opanowanie podstawowych zasad chemii ogólnej; w przyswojeniu przez studentów treści chemii nieorganicznej jako nauki wyjaśniającej związek pomiędzy właściwościami związków nieorganicznych a ich budową; w kształtowaniu idei chemii nieorganicznej jako podstawowej dyscypliny, na której opiera się wiedza profesjonalna.
Kurs wykładów z dyscypliny „Chemia ogólna i nieorganiczna” jest zbudowany zgodnie z wymaganiami Państwowymi standard edukacyjny(FSES-4) do minimalnego poziomu kształcenia absolwentów specjalności 060301 „Apteka” i jest opracowywany w oparciu o program nauczania tej specjalności.
Przebieg wykładów obejmuje dwie części;
1. Teoretyczne podstawy chemii.
2. Chemia pierwiastków i ich związków: (pierwiastki p, pierwiastki s, pierwiastki d).
Prezentacja materiał edukacyjny prezentowane w rozwoju: od najbardziej proste pojęcia do złożonych, całościowych, uogólniających.
Sekcja „Teoretyczne podstawy chemii” obejmuje następujące zagadnienia:
1. Prawo okresowe i układ okresowy pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew i teoria budowy substancji.
2. Klasy substancji nieorganicznych, związek pomiędzy wszystkimi klasami substancji nieorganicznych.
3. Związki złożone, ich zastosowanie w analizie jakościowej.
4. Rozwiązania.
5. Teoria dysocjacji elektrolitycznej.
6. Reakcje chemiczne.
Podczas studiowania sekcji „Chemia pierwiastków i ich związków” rozważa się następujące pytania:
1. Charakterystyka grupy i podgrupy, w której znajduje się ten element.
2. Charakterystyka pierwiastka na podstawie jego położenia w układzie okresowym z punktu widzenia teorii budowy atomu.
3. Właściwości fizyczne i rozmieszczenie w przyrodzie.
4. Metody otrzymywania.
5. Właściwości chemiczne.
6. Ważne połączenia.
7. Biologiczna rola pierwiastka i jego zastosowanie w medycynie.
Specjalna uwaga poświęcona jest lekom o charakterze nieorganicznym.
W wyniku studiowania tej dyscypliny student powinien wiedzieć:
1. Prawo okresowości i charakterystyka elementów układu okresowego D.I. Mendelejew.
2. Podstawy teorii procesów chemicznych.
3. Struktura i reaktywność substancji o charakterze nieorganicznym.
4. Klasyfikacja i nazewnictwo substancji nieorganicznych.
5. Otrzymywanie i właściwości substancji nieorganicznych.
6. Zastosowanie w medycynie.
1. Klasyfikuj związki nieorganiczne.
2. Wymyśl nazwy związków.
3. Ustalić związek genetyczny pomiędzy związkami nieorganicznymi.
4. Korzystając z reakcji chemicznych, udowadniać właściwości chemiczne substancji nieorganicznych, w tym leczniczych.
Wykład nr 1
Temat: Wprowadzenie.
1. Przedmiot i zadania chemii
2. Metody chemii ogólnej i nieorganicznej
3. Podstawowe teorie i prawa chemii:
A) teoria atomowo-molekularna.
b) prawo zachowania masy i energii;
c) prawo okresowe;
d) teoria struktura chemiczna.
chemia nieorganiczna.
1. Przedmiot i zadania chemii
Chemia współczesna jest jedną z nauk przyrodniczych i stanowi system odrębnych dyscyplin: chemii ogólnej i nieorganicznej, chemii analitycznej, chemii organicznej, chemii fizycznej i chemia koloidów, geochemia, kosmochemia itp.
Chemia jest nauką badającą procesy przemian substancji, którym towarzyszą zmiany składu i struktury, a także wzajemne przejścia między tymi procesami a innymi formami ruchu materii.
Zatem głównym przedmiotem chemii jako nauki są substancje i ich przemiany.
Na obecnym etapie rozwoju naszego społeczeństwa troska o zdrowie człowieka jest zadaniem najwyższej wagi. Leczenie wielu chorób stało się możliwe dzięki postępowi chemii w tworzeniu nowych substancji i materiałów: leki, substytuty krwi, polimery i materiały polimerowe.
Bez głębokiej i wszechstronnej wiedzy z zakresu chemii, bez zrozumienia znaczenia pozytywnego lub negatywnego wpływu różnych czynników chemicznych na zdrowie człowieka i środowisko, nie da się zostać kompetentnym specjalistą medycznym.
Chemia ogólna. Chemia nieorganiczna.
Chemia nieorganiczna to nauka o pierwiastkach układu okresowego oraz utworzonych przez nie substancjach prostych i złożonych.
Chemia nieorganiczna jest nierozerwalnie związana z chemią ogólną. Historycznie, podczas studiów interakcja chemiczna pierwiastki ze sobą, sformułowano podstawowe prawa chemii, ogólne wzorce reakcji chemicznych, teorię wiązań chemicznych, doktrynę roztworów i wiele innych, które stanowią przedmiot chemii ogólnej.
Zatem chemia ogólna bada idee i koncepcje teoretyczne, które stanowią podstawę całego systemu wiedzy chemicznej.
Chemia nieorganiczna już dawno wyszła poza etap nauk opisowych i obecnie przeżywa swoje „odrodzenie” w wyniku powszechnego stosowania metod chemii kwantowej, pasmowego modelu widma energetycznego elektronów, odkrycia walencyjnych związków chemicznych gazów szlachetnych oraz ukierunkowaną syntezę materiałów o specjalnych właściwościach fizycznych i chemicznych. Opierając się na dogłębnych badaniach zależności pomiędzy strukturą chemiczną a właściwościami, skutecznie rozwiązuje główny problem - tworzenie nowych substancji nieorganicznych o określonych właściwościach.
2. Metody chemii ogólnej i nieorganicznej.
Spośród eksperymentalnych metod chemii najważniejsza jest metoda reakcji chemicznych. Reakcja chemiczna to przemiana jednej substancji w drugą poprzez zmianę składu i struktury chemicznej. Reakcje chemiczne umożliwiają badanie właściwości chemicznych substancji. Na podstawie reakcji chemicznych badanej substancji można pośrednio ocenić jej strukturę chemiczną. Bezpośrednie metody określania budowy chemicznej opierają się w większości na wykorzystaniu zjawisk fizycznych.
Synteza nieorganiczna prowadzona jest również w oparciu o reakcje chemiczne, które Ostatnio odniósł duży sukces, szczególnie w otrzymywaniu związków o wysokiej czystości w postaci monokryształów. Ułatwiło to zastosowanie wysokich temperatur i ciśnień, wysokiej próżni, wprowadzenie bezkontenerowych metod czyszczenia itp.
Podczas przeprowadzania reakcji chemicznych, a także podczas izolowania substancji z mieszaniny czysta forma Ważną rolę odgrywają metody preparatywne: wytrącanie, krystalizacja, filtracja, sublimacja, destylacja itp. Obecnie otrzymano wiele z tych klasycznych metod preparatywnych dalszy rozwój i są liderami w technologii otrzymywania substancji o wysokiej czystości i monokryształów. Są to metody krystalizacji kierowanej, rekrystalizacji strefowej, sublimacji próżniowej i destylacji frakcyjnej. Jedną z cech współczesnej chemii nieorganicznej jest synteza i badanie wysoce czystych substancji na monokryształach.
Metody analizy fizykochemicznej znajdują szerokie zastosowanie w badaniu roztworów i stopów, gdy powstałe w nich związki są trudne lub praktycznie niemożliwe do wyodrębnienia w jednostkowym stanie. Następnie badane są właściwości fizyczne układów w zależności od zmiany składu. W rezultacie konstruowany jest diagram skład-właściwości, którego analiza pozwala wyciągnąć wnioski na temat charakteru interakcji chemicznych składników, powstawania związków i ich właściwości.
Aby zrozumieć istotę zjawiska, same metody eksperymentalne nie wystarczą, dlatego Łomonosow stwierdził, że prawdziwy chemik musi być teoretykiem. Tylko poprzez myślenie, naukową abstrakcję i uogólnianie można poznać prawa natury oraz stworzyć hipotezy i teorie.
Teoretyczne zrozumienie materiału doświadczalnego i stworzenie spójnego systemu wiedzy chemicznej we współczesnej chemii ogólnej i nieorganicznej opiera się na: 1) teorii mechaniki kwantowej budowy atomów i układu okresowego pierwiastków D.I. Mendelejew; 2) kwantowochemiczna teoria budowy chemicznej i doktryna zależności właściwości substancji od „jej struktury chemicznej; 3) doktryna równowagi chemicznej, oparta na koncepcjach termodynamiki chemicznej.
3. Podstawowe teorie i prawa chemii.
Do podstawowych uogólnień chemii i nauk przyrodniczych zalicza się teorię atomowo-molekularną, prawo zachowania masy i energii,
Układ okresowy i teoria budowy chemicznej.
a) Teoria atomowo-molekularna.
Twórca badań atomowo-molekularnych i odkrywca prawa zachowania masy substancji M.V. Łomonosow jest słusznie uważany za twórcę chemii naukowej. Łomonosow wyraźnie wyróżnił dwa etapy budowy materii: pierwiastki (w naszym rozumieniu - atomy) i korpuskuły (cząsteczki). Według Łomonosowa cząsteczki prostych substancji składają się z identycznych atomów, a cząsteczki substancji złożonych składają się z różnych atomów. Teoria atomowo-molekularna zyskała powszechne uznanie na początku XIX wieku, po ugruntowaniu się atomizmu Daltona w chemii. Od tego czasu cząsteczki stały się głównym przedmiotem badań chemicznych.
b) Prawo zachowania masy i energii.
W 1760 r. Łomonosow sformułował jednolite prawo masy i energii. Ale przed początkiem XX w. prawa te rozpatrywano niezależnie od siebie. Chemia zajmowała się głównie prawem zachowania masy substancji (masa substancji, które weszły w reakcję chemiczną, jest równa masie substancji powstałych w wyniku reakcji).
Na przykład: 2KlO 3 = 2 KCl + 3O 2
Po lewej: 2 atomy potasu Po prawej: 2 atomy potasu
2 atomy chloru 2 atomy chloru
6 atomów tlenu 6 atomów tlenu
Fizyka zajmowała się prawem zachowania energii. W 1905 roku twórca współczesnej fizyki A. Einstein wykazał, że istnieje związek między masą a energią, wyrażony równaniem E = mс 2, gdzie E to energia, m to masa; c jest prędkością światła w próżni.
c) Prawo okresowości.
Najważniejszym zadaniem chemii nieorganicznej jest badanie właściwości pierwiastków i identyfikacja ogólnych wzorców ich wzajemnych oddziaływań chemicznych. Największego naukowego uogólnienia w rozwiązaniu tego problemu dokonał D.I. Mendelejew, który odkrył prawo okresowości i jego graficzny wyraz - układ okresowy. Dopiero w wyniku tego odkrycia możliwe stało się przewidywanie chemiczne, czyli przewidywanie nowych faktów. Dlatego Mendelejew jest twórcą nowoczesnej chemii.
Podstawą prawa naturalnego jest prawo okresowe Mendelejewa
taksonomia pierwiastków chemicznych. Pierwiastek chemiczny - zbiór
atomy o tym samym ładunku jądrowym. Wzorce zmian własności
pierwiastki chemiczne są określone przez prawo okresowości. Doktryna
struktura atomów wyjaśniała fizyczne znaczenie prawa okresowości.
Okazało się, że częstość zmian właściwości pierwiastków i ich związków
zależy od okresowo powtarzającej się podobnej struktury elektronowej
powłoki ich atomów. Właściwości chemiczne i niektóre właściwości fizyczne zależą od
strukturę powłoki elektronicznej, zwłaszcza jej zewnętrznych warstw. Dlatego
Prawo okresowe stanowi naukową podstawę do badania najważniejszych właściwości pierwiastków i ich związków: kwasowo-zasadowych, redoks, katalitycznych, kompleksujących, półprzewodnikowych, metalochemicznych, krystalochemicznych, radiochemicznych itp.
Układ okresowy odegrał także kolosalną rolę w badaniu naturalnej i sztucznej radioaktywności oraz uwalnianiu energii wewnątrzjądrowej.
Prawo okresowości i układ okresowy są stale rozwijane i udoskonalane. Dowodem na to jest współczesne sformułowanie prawa okresowego: właściwości pierwiastków, a także formy i właściwości ich związków są okresowo zależne od wielkości ładunku jądra ich atomów. Zatem dodatni ładunek jądra, a nie masa atomowa, okazał się trafniejszym argumentem, od którego zależą właściwości pierwiastków i ich związków.
d) Teoria budowy chemicznej.
Podstawowym zadaniem chemii jest badanie związku pomiędzy budową chemiczną substancji a jej właściwościami. Właściwości substancji są funkcją jej budowy chemicznej. przed południem Butlerov uważał, że o właściwościach substancji decyduje jej skład jakościowy i ilościowy. Jako pierwszy sformułował podstawowe zasady swojej teorii budowy chemicznej. Zatem: natura chemiczna cząstki złożonej jest zdeterminowana naturą elementarnej cząstki kompozytowe, ich liczba i budowa chemiczna. Przetłumaczone na język nowoczesny oznacza to, że właściwości cząsteczki zależą od charakteru jej atomów składowych, ich liczby i struktury chemicznej cząsteczki. Pierwotnie teoria budowy chemicznej dotyczyła związków chemicznych o budowie molekularnej. Obecnie teorię stworzoną przez Butlerowa uważa się za ogólną teorię chemiczną budowy związków chemicznych i zależności ich właściwości od ich budowy chemicznej. Teoria ta jest kontynuacją i rozwinięciem nauk atomowo-molekularnych Łomonosowa.
4. Rola naukowców krajowych i zagranicznych w rozwoju nauki powszechnej i
chemia nieorganiczna.
| p/s | Naukowcy | Daty życia | Najważniejsze prace i odkrycia z zakresu chemii | ||||
| 1. | Avogadro Amedo (Włochy) | | 1776-1856 | Prawo Avogadro 1 | ||||
| 2. | Arrhenius Svante (Szwecja) | 1859-1927 | Teoria dysocjacji elektrolitycznej | ||||
| 3. | Beketow N.N. (Rosja) | 1827-1911 | Seria aktywności metali. Podstawy aluminotermii. | ||||
| 4. | Berthollet Claude Louis (Francja) | 1748-1822 | Warunki przebiegu reakcji chemicznych. Badania gazu. sól Bertholeta. | ||||
| 5. | Berzelius Jene Jakob (Szwecja) | 1779-1848 | Wyznaczanie mas atomowych pierwiastków. Wprowadzenie oznaczeń literowych pierwiastków chemicznych. | ||||
| 6. | Boyle Robert (Anglia) | 1627-1691 | Ustalenie pojęcia pierwiastka chemicznego. Zależność objętości gazu od ciśnienia. | ||||
| 7. | Bor Nils (Dania) | 1887-1962 | Teoria budowy atomu. 1 | ||||
| 8. | Van't Hoff Jacob Gendrik (Holandia) | 1852-1911 | Badanie rozwiązań; jeden z twórców chemii fizycznej i stereochemii. | ||||
| 9. | Gay-Lussac Joseph (Francja) | 1778-1850 | Prawa gazowe Gay-Lussaca. Badanie kwasów beztlenowych; technologia kwasu siarkowego. | ||||
| 10. | Hess German Iwanow (Rosja) | 1802-1850 | Odkrycie podstawowych praw termochemii. Rozwój Rosji nomenklatura chemiczna. Analiza minerałów. | ||||
| 11. | Dalton John (Anglia) | 1766-1844 | Prawo wielu stosunków. Wprowadzenie symboli i wzorów chemicznych. Uzasadnienie teorii atomowej. | ||||
| 12. | Maria Curie-Skłodowska (Francja, rodzima Polska) | 1867-1934 | Odkrycie polonu i radu; badanie właściwości substancji radioaktywnych. Uwolnienie metalicznego radu. | ||||
| 13. | Lavoisier Antoine Laurent (Francja) | 1743-1794 | Podstawy chemii naukowej, ustalenie teorii spalania tlenu, natura wody. Stworzenie podręcznika chemii w oparciu o nowe poglądy. | ||||
| 14. | Le Chatelier Lune Henri (Francja) | 1850-1936 | Prawo ogólne równowaga zmienia się w zależności od warunki zewnętrzne(Zasada Le Chateliera) | ||||
| 15. | Łomonosow Michaił Wasiljewicz | 1741-1765 | Prawo zachowania masy substancji. | ||||
| Zastosowanie metod ilościowych w chemii; rozwój podstawowych zasad kinetycznej teorii gazów. Założenie pierwszego rosyjskiego laboratorium chemicznego. Opracowanie podręcznika metalurgii i górnictwa. Tworzenie produkcji mozaik. | |||||||
| 16. | Mendelejew Dmitrij Iwanowicz (Rosja) | 1834-1907 | Prawo okresowe i układ okresowy pierwiastków chemicznych (1869). Hydratowa teoria rozwiązań. „Podstawy chemii”. Badania gazów, odkrycie temperatury krytycznej itp. | ||||
| 17. | Priestley Joseph (Anglia) | 1733-1804 | Odkrycie i badanie tlenu, chlorowodoru, amoniaku, tlenku węgla, tlenku azotu i innych gazów. | ||||
| 18. | Rutherford Ernest (Anglia) | 1871-1937 | Planetarna teoria budowy atomu. Dowody spontanicznego rozpadu promieniotwórczego z uwolnieniem promieni alfa, beta i gamma. | ||||
| 19. | Jacobi Boris Semenovich (Rosja) | 1801-1874 | Odkrycie galwanoplastyki i wprowadzenie jej do praktyki poligraficznej i monetarnej. | ||||
| 20. | I inni | ||||||
Pytania do samokontroli:
1. Główne zadania chemii ogólnej i nieorganicznej.
2. Metody reakcji chemicznych.
3. Metody preparatywne.
4. Metody analizy fizycznej i chemicznej.
5. Podstawowe prawa.
6. Podstawowe teorie.
Wykład nr 2
Temat: „Struktura atomu i prawo okresowe D.I. Mendelejew”
Plan
1. Budowa atomu i izotopy.
2. Liczby kwantowe. Zasada Pauliego.
3. Układ okresowy pierwiastków chemicznych w świetle teorii budowy atomu.
4. Zależność właściwości pierwiastków od budowy ich atomów.
Prawo okresowe D.I. Mendelejew odkrył wzajemne powiązania pierwiastków chemicznych. Badanie prawa okresowego zrodziło szereg pytań:
1. Jaka jest przyczyna podobieństw i różnic pomiędzy elementami?
2. Co wyjaśnia okresową zmianę właściwości pierwiastków?
3. Dlaczego sąsiednie pierwiastki tego samego okresu różnią się znacznie właściwościami, chociaż ich masy atomowe różnią się nieznacznie i odwrotnie, w podgrupach różnica jest masy atomowe ach, sąsiednie elementy są duże, ale właściwości są podobne?
4. Dlaczego układ pierwiastków według rosnącej masy atomowej jest naruszany przez pierwiastki argon i potas; kobalt i nikiel; tellur i jod?
Większość naukowców uznawała rzeczywiste istnienie atomów, jednak trzymała się poglądów metafizycznych (atom to najmniejsza niepodzielna cząstka materii).
Pod koniec XIX wieku ustalono złożoną budowę atomu i możliwość przemiany jednych atomów w inne w określonych warunkach. Pierwszymi cząsteczkami odkrytymi w atomie były elektrony.
Wiadomo było, że przy silnym żarzeniu i oświetleniu UV powierzchni metali, elektrony ujemne i metale stają się naładowane dodatnio. W wyjaśnieniu natury tej energii elektrycznej bardzo ważne miał prace rosyjskiego naukowca A.G. Stoletov i angielski naukowiec W. Crookes. W 1879 roku Crookes badał zjawisko promieni elektronowych w polu magnetycznym i pola elektryczne Pod wpływem prąd elektryczny Wysokie napięcie. Właściwość promieni katodowych do wprawiania ciał w ruch i doświadczania odchyleń pola magnetycznego i elektrycznego pozwoliła stwierdzić, że są to cząstki materialne, które niosą najmniejsze ładunek ujemny.
W 1897 r. J. Thomson (Anglia) zbadał te cząstki i nazwał je elektronami. Ponieważ elektrony można otrzymać niezależnie od substancji, z której zbudowane są elektrody, dowodzi to, że elektrony są częścią atomów dowolnego pierwiastka.
W 1896 r. A. Becquerel (Francja) odkrył zjawisko promieniotwórczości. Odkrył, że związki uranu mają zdolność emitowania niewidzialnych promieni, które działają na kliszę fotograficzną owiniętą w czarny papier.
W 1898 r., kontynuując badania Becquerela, M. Curie-Skladovskaya i P. Curie odkryli w rudzie uranu dwa nowe pierwiastki - rad i polon, które mają bardzo wysoką aktywność radiacyjną.
| |
pierwiastek radioaktywny
Zdolność atomów różnych pierwiastków do samoistnego przekształcania się w atomy innych pierwiastków, czemu towarzyszy emisja niewidocznych gołym okiem promieni alfa, beta i gamma, nazywa się radioaktywnością.
W konsekwencji zjawisko radioaktywności jest bezpośrednim dowodem złożonej struktury atomów.
Elektrony są składnikiem atomów wszystkich pierwiastków. Ale elektrony są naładowane ujemnie, a atom jako całość jest elektrycznie obojętny, wtedy oczywiście wewnątrz atomu znajduje się część naładowana dodatnio, która swoim ładunkiem kompensuje ładunek ujemny elektronów.
Dane eksperymentalne dotyczące obecności dodatnio naładowanego jądra i jego lokalizacji w atomie uzyskał w 1911 r. E. Rutherford (Anglia), który zaproponował planetarny model budowy atomu. Według tego modelu atom składa się z dodatnio naładowanego jądra, które jest bardzo małe. Prawie cała masa atomu skupia się w jądrze. Atom jako całość jest elektrycznie obojętny, dlatego całkowity ładunek elektronów musi być równy ładunkowi jądra.
Badania G. Moseleya (Anglia, 1913) wykazały, że dodatni ładunek atomu jest liczbowo równy liczbie atomowej pierwiastka w układzie okresowym D.I. Mendelejew.
Tak więc numer seryjny pierwiastka wskazuje liczbę dodatnich ładunków jądra atomowego, a także liczbę elektronów poruszających się w polu jądra. Takie jest fizyczne znaczenie numeru seryjnego elementu.
Według modelu jądrowego atom wodoru ma najprostszą budowę: jądro ma jeden elementarny ładunek dodatni i masę bliską jedności. Nazywa się to protonem („najprostszym”).
W 1932 roku fizyk D.N. Chadwick (Anglia) odkrył, że promienie emitowane podczas bombardowania atomu cząstkami alfa mają ogromną zdolność penetracji i reprezentują strumień elektrycznie obojętnych cząstek – neutronów.
Na podstawie badań reakcje jądrowe D.D. Ivanenko (fizyk, ZSRR, 1932) i jednocześnie W. Heisenberg (Niemcy) sformułowali protonowo-neutronową teorię budowy jąder atomowych, zgodnie z którą jądra atomowe składają się z dodatnio naładowanych cząstek - protonów i cząstek obojętnych - neutronów ( 1 P) - proton ma masę względną 1 i ładunek względny + 1. 1
(1 n) – neutron ma masę względną 1 i ładunek 0.
Zatem ładunek dodatni jądra zależy od liczby znajdujących się w nim protonów i jest równy liczbie atomowej pierwiastka w PS; liczba masowa – A (masa względna jądra) jest równa sumie protonów (Z) neutronów (N):
A = Z + N; N=A-Z
Izotopy
Atomy tego samego pierwiastka, które mają ten sam ładunek jądrowy i różne liczby masowe, są izotopami. Izotopy tego samego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów, ale inny numer neutrony.
Izotopy wodoru:
1 H 2 H 3 H 3 – liczba masowa
1 - ładunek jądrowy
prot deuter tryt
Z = 1 Z = 1 Z =1
N=0 N=1 N=2
1 proton 1 proton 1 proton
0 neutronów 1 neutron 2 neutrony
Izotopy tego samego pierwiastka mają te same właściwości chemiczne, są oznaczone tym samym symbolem chemicznym i zajmują jedno miejsce w P.S. Ponieważ masa atomu jest praktycznie równa masie jądra (masa elektronów jest znikoma), każdy izotop pierwiastka, podobnie jak jądro, charakteryzuje się liczbą masową, a pierwiastek masą atomową. Masa atomowa pierwiastka to średnia arytmetyczna między liczbami masowymi izotopów pierwiastka, biorąc pod uwagę procentową zawartość każdego izotopu w przyrodzie.
Zaproponowane przez Rutherforda teoria nuklearna struktura atomu stała się powszechna, ale później badacze napotkali szereg podstawowych trudności. Według klasycznej elektrodynamiki elektron powinien wypromieniowywać energię i poruszać się nie po okręgu, ale po krzywej spiralnej i ostatecznie spaść na jądro.
W latach 20. XX w. Naukowcy ustalili, że elektron ma podwójną naturę, posiadając właściwości fali i cząstki.
Masa elektronu wynosi 1 ___ masa wodoru, ładunek względny
jest równe (-1) . Liczba elektronów w atomie jest równa liczbie atomowej pierwiastka. Elektron porusza się po całej objętości atomu, tworząc chmurę elektronów o nierównomiernej gęstości ładunku ujemnego.
Idea podwójnej natury elektronu doprowadziła do stworzenia kwantowo-mechanicznej teorii budowy atomu (1913, duński naukowiec N. Bohr). Główną tezą mechaniki kwantowej jest to, że mikrocząstki mają naturę falową, a fale mają właściwości cząstek. Mechanika kwantowa rozważa prawdopodobieństwo przebywania elektronu w przestrzeni wokół jądra. Obszar, w którym najprawdopodobniej znajduje się elektron w atomie (≈ 90%), nazywany jest orbitalem atomowym.
Każdy elektron w atomie zajmuje określony orbital i tworzy chmurę elektronów, która jest zbiorem różnych pozycji szybko poruszającego się elektronu.
O właściwościach chemicznych pierwiastków decyduje budowa powłok elektronowych ich atomów.
Powiązana informacja.
Chemia- nauka o substancjach, prawach ich przemian (właściwości fizyczne i chemiczne) oraz zastosowanie.
Obecnie znanych jest ponad 100 tysięcy związków nieorganicznych i ponad 4 miliony związków organicznych.
Zjawiska chemiczne: niektóre substancje przekształcają się w inne, różniące się od pierwotnych składem i właściwościami, natomiast skład jąder atomowych nie ulega zmianie.
Zjawiska fizyczne: zmienia się stan fizyczny substancji (parowanie, topienie, przewodność elektryczna, promieniowanie ciepła i światła, plastyczność itp.) lub powstają nowe substancje wraz ze zmianą składu jąder atomowych.
Nauka atomowo-molekularna.
1. Wszystkie substancje składają się z cząsteczek.
Cząsteczka - najmniejsza cząsteczka substancji, która ma swoje właściwości chemiczne.
2. Cząsteczki składają się z atomów.
Atom - najmniejsza cząsteczka pierwiastka chemicznego, która zachowuje wszystkie swoje właściwości chemiczne. Różne pierwiastki odpowiadają różnym atomom.
3. Cząsteczki i atomy są w ciągłym ruchu; istnieją między nimi siły przyciągania i odpychania.
Pierwiastek chemiczny - jest to rodzaj atomów charakteryzujący się określonymi ładunkami jądrowymi i budową powłok elektronicznych. Obecnie znanych jest 118 pierwiastków: 89 z nich występuje w przyrodzie (na Ziemi), pozostałe są pozyskiwane sztucznie. Atomy występują w stanie wolnym, w związkach z atomami tego samego lub innego pierwiastka, tworząc cząsteczki. Zdolność atomów do interakcji z innymi atomami i tworzenia związków chemicznych zależy od ich budowy. Atomy składają się z dodatnio naładowanego jądra i poruszających się wokół niego ujemnie naładowanych elektronów, tworząc elektrycznie obojętny układ, który podlega prawom charakterystycznym dla mikrosystemów.
Jądro atomowe - środkowa część atomu, składająca się z Zprotony i N neutrony, w których skoncentrowana jest większość atomów.
Opłata za rdzeń - dodatnia, równa liczbie protonów w jądrze lub elektronów w obojętnym atomie i pokrywa się z liczbą atomową pierwiastka w układzie okresowym.
Suma protonów i neutronów jądra atomowego nazywana jest liczbą masową A = Z+N.
Izotopy
- pierwiastki chemiczne o identycznych ładunkach jądrowych, ale różnych liczbach masowych ze względu na różną liczbę neutronów w jądrze.
|
Masa |
A |
63 |
Cu i |
65 |
35 |
Cl i |
37 |
Wzór chemiczny - jest to konwencjonalny zapis składu substancji za pomocą symboli chemicznych (zaproponowany w 1814 r. przez J. Berzeliusa) i indeksów (indeks to liczba w prawym dolnym rogu symbolu. Wskazuje liczbę atomów w cząsteczce). Wzór chemiczny pokazuje, które atomy jakich pierwiastków i w jakim stosunku są ze sobą połączone w cząsteczce.
Alotropia - zjawisko powstawania przez pierwiastek chemiczny kilku prostych substancji różniących się budową i właściwościami. Substancje proste - cząsteczki, składają się z atomów tego samego pierwiastka.
Cfałszywe substancje - cząsteczki składają się z atomów różnych pierwiastków chemicznych.
Stała masy atomowej równa 1/12 masy izotopu 12 C - główny izotop naturalnego węgla.
m u = 1 / 12 m (12 st ) =1 a.m. = 1,66057 10 -24 g
Względna masa atomowa (A r) - wielkość bezwymiarowa równa stosunkowi średniej masy atomu pierwiastka (z uwzględnieniem procentowej zawartości izotopów w przyrodzie) do 1/12 masy atomu 12 C.
Średnia bezwzględna masa atomowa (M) równa względnej masie atomowej razy amu.
Ar(Mg) = 24,312
m(Mg) = 24,312 1,66057 10 -24 = 4,037 10 -23 g
Względna masa cząsteczkowa (Pan) - wielkość bezwymiarowa pokazująca, ile razy masa cząsteczki danej substancji jest większa od 1/12 masy atomu węgla 12 C.
M g = m g / (1/12 m a (12 C))
Pan - masa cząsteczki danej substancji;
m a (12 C) - masa atomu węgla 12 C.
M g = S ZA g (e). Względna masa cząsteczkowa substancji jest równa sumie względnych mas atomowych wszystkich pierwiastków, biorąc pod uwagę wskaźniki.
Przykłady.
M sol (B 2 O 3) = 2 ZA r (B) + 3 ZA r (O) = 2 11 + 3 16 = 70
M g (KAl(SO 4) 2) = 1 A r (K) + 1 A r (Al) + 1 2 A r (S) + 2 4 A r (O) =
= 1 39 + 1 27 + 1 2 32 + 2 4
16 = 258
Bezwzględna masa cząsteczkowa równa względnej masie cząsteczkowej pomnożonej przez amu. Liczba atomów i cząsteczek w zwykłych próbkach substancji jest bardzo duża, dlatego przy charakteryzowaniu ilości substancji stosuje się specjalną jednostkę miary - mol.
Ilość substancji, mol . Oznacza pewną liczbę elementów strukturalnych (cząsteczek, atomów, jonów). WyznaczonyN , mierzone w molach. Mol to ilość substancji zawierająca tyle cząstek, ile jest atomów w 12 g węgla.
Liczba Avogadro (N.A ). Liczba cząstek w 1 molu dowolnej substancji jest taka sama i wynosi 6,02 10 23. (Stała Avogadra ma wymiar - mol -1).
Przykład.
Ile cząsteczek znajduje się w 6,4 g siarki?
Masa cząsteczkowa siarki wynosi 32 g/mol. Określamy ilość g/mol substancji w 6,4 g siarki:
N (s) = m(s)/M(s ) = 6,4 g / 32 g/mol = 0,2 mol
Określmy liczbę jednostek strukturalnych (cząsteczek) za pomocą stałej Avogadro N A
N(s) = N (S)N A = 0,2 6,02 10 23 = 1,2 10 23
Masa cząsteczkowa pokazuje masę 1 mola substancji (oznaczoną jakoM).
M = m / N
Masa molowa substancji jest równa stosunkowi masy substancji do odpowiedniej ilości substancji.
Masa molowa substancji jest liczbowo równa jej względnej masie cząsteczkowej, przy czym pierwsza wielkość ma wymiar g/mol, a druga jest bezwymiarowa.
M = N A m (1 cząsteczka) = N A M g 1 amu = (N A 1 amu) M g = M g
Oznacza to, że jeśli masa określonej cząsteczki wynosi np. 80 amu. ( TAK 3 ), wówczas masa jednego mola cząsteczek jest równa 80 g. Stała Avogadra jest współczynnikiem proporcjonalności zapewniającym przejście od zależności molekularnych do molowych. Wszystkie stwierdzenia dotyczące cząsteczek zachowują ważność dla moli (z zastąpieniem, jeśli to konieczne, amu przez g).Na przykład równanie reakcji: 2 Na + Cl 2 2 NaCl , oznacza, że dwa atomy sodu reagują z jedną cząsteczką chloru lub, co jest tym samym, dwa mole sodu reagują z jednym molem chloru.
Kurs chemii w szkołach rozpoczyna się w ósmej klasie od nauki ogólnych podstaw nauk ścisłych: opisano możliwe typy wiązania między atomami, rodzaje sieci krystalicznych i najczęstsze mechanizmy reakcji. Staje się to podstawą do badania ważnej, ale bardziej szczegółowej sekcji - substancji nieorganicznych.
Co to jest
Jest to nauka badająca zasady budowy, podstawowe właściwości i reaktywność wszystkich pierwiastków układu okresowego. Ważną rolę w substancjach nieorganicznych odgrywa prawo okresowości, które organizuje systematyczną klasyfikację substancji według zmian ich masy, liczby i rodzaju.
Kurs obejmuje także związki powstałe w wyniku oddziaływania pierwiastków tabeli (jedynym wyjątkiem jest obszar węglowodorów, omawiany w rozdziałach o substancjach organicznych). Zadania z chemii nieorganicznej pozwalają przećwiczyć wiedzę teoretyczną w praktyce.
Nauka w perspektywie historycznej
Nazwa „nieorganiczne” pojawiła się zgodnie z założeniem, że obejmuje ona część wiedzy chemicznej niezwiązaną z działalnością organizmów biologicznych.
Z biegiem czasu zostało to udowodnione większośćŚwiat organiczny może również wytwarzać związki „nieożywione”, a w laboratorium syntetyzuje się wszelkiego rodzaju węglowodory. W ten sposób z cyjanianu amonu, który jest solą w chemii pierwiastków, niemiecki naukowiec Wöhler był w stanie zsyntetyzować mocznik.
Aby uniknąć nieporozumień związanych z nazewnictwem i klasyfikacją typów badań w obu naukach, program zajęć szkolnych i uniwersyteckich, zgodnie z chemią ogólną, uwzględnia naukę substancji nieorganicznych jako dyscypliny podstawowej. W świecie naukowym podobna sekwencja pozostaje.
Klasy substancji nieorganicznych
Chemia zapewnia taką prezentację materiału, w której wstępne rozdziały o nieorganikach omawiają okresowe prawo pierwiastków. specjalny typ, który opiera się na założeniu, że ładunki atomowe jąder wpływają na właściwości substancji, a parametry te zmieniają się cyklicznie. Początkowo tablica została zbudowana jako odzwierciedlenie wzrostu mas atomowych pierwiastków, jednak wkrótce sekwencja ta została odrzucona ze względu na jej niespójność w aspekcie, w którym to zagadnienie wymaga rozważenia substancje nieorganiczne.
Chemia, oprócz układu okresowego, zakłada obecność około stu cyfr, skupień i diagramów odzwierciedlających okresowość właściwości.
Obecnie popularna jest skonsolidowana wersja uznania takiego pojęcia za zajęcia z chemii nieorganicznej. Kolumny tabeli wskazują elementy w zależności od fizyczne i chemiczne właściwości, w wierszach - okresy do siebie podobne.
Substancje proste w substancjach nieorganicznych
Znak w układzie okresowym i prosta substancja w stanie wolnym to najczęściej różne rzeczy. W pierwszym przypadku odzwierciedlony jest tylko określony rodzaj atomów, w drugim rodzaj połączenia cząstek i ich wzajemne oddziaływanie w postaciach stabilnych.
Wiązania chemiczne w substancjach prostych determinują ich podział na rodziny. Zatem można wyróżnić dwa szerokie typy grup atomów – metale i niemetale. Pierwsza rodzina zawiera 96 elementów spośród 118 badanych.
Metale
Typ metalu zakłada obecność wiązania o tej samej nazwie między cząstkami. Oddziaływanie opiera się na współdzieleniu elektronów w sieci, co charakteryzuje się bezkierunkowością i nienasyceniem. Dlatego metale dobrze przewodzą ciepło i ładunki, mają metaliczny połysk, plastyczność i ciągliwość.
Konwencjonalnie metale znajdują się po lewej stronie układu okresowego, gdy rysuje się linię prostą od boru do astatu. Pierwiastki położone blisko tej cechy mają najczęściej charakter graniczny i wykazują podwójne właściwości (np. german).
Metale tworzą głównie związki zasadowe. Stopień utlenienia takich substancji zwykle nie przekracza dwóch. Metaliczność wzrasta w obrębie grupy i maleje w pewnym okresie. Na przykład radioaktywny frans wykazuje bardziej zasadowe właściwości niż sód, a w rodzinie halogenów jod wykazuje nawet metaliczny połysk.
Inaczej jest w okresie – uzupełniane są podpoziomy, przed którymi znajdują się substancje o przeciwstawnych właściwościach. W przestrzeni poziomej układu okresowego manifestowana reaktywność pierwiastków zmienia się od zasadowej poprzez amfoteryczną do kwaśnej. Metale są dobrymi reduktorami (przyjmują elektrony podczas tworzenia wiązań).
Niemetale
Ten typ atomu zalicza się do głównych klas chemii nieorganicznej. Niemetale zajmują prawą stronę układu okresowego i wykazują typowo kwasowe właściwości. Najczęściej pierwiastki te występują w postaci związków ze sobą (na przykład borany, siarczany, woda). w darmowym stan molekularny znane jest istnienie siarki, tlenu i azotu. Istnieje również kilka dwuatomowych gazów niemetalicznych - oprócz dwóch wymienionych powyżej, są to wodór, fluor, brom, chlor i jod.
Są to najpowszechniejsze substancje na Ziemi – szczególnie powszechne są krzem, wodór, tlen i węgiel. Jod, selen i arsen są bardzo rzadkie (dotyczy to również konfiguracji radioaktywnych i niestabilnych, które znajdują się w ostatnich kropkach tabeli).
W związkach niemetale zachowują się przede wszystkim jak kwasy. Są silnymi utleniaczami ze względu na możliwość dodania dodatkowej liczby elektronów w celu ukończenia poziomu.
w substancjach nieorganicznych
Oprócz substancji reprezentowanych przez jedną grupę atomów istnieją związki, które mają kilka różnych konfiguracji. Takie substancje mogą być binarne (składające się z dwóch różnych cząstek), trzy-, czteroelementowe i tak dalej.
Substancje dwuelementowe
Chemia przywiązuje szczególną wagę do binarnego charakteru wiązań w cząsteczkach. Klasy związków nieorganicznych są również rozpatrywane z punktu widzenia wiązań utworzonych między atomami. Może być jonowy, metaliczny, kowalencyjny (polarny lub niepolarny) lub mieszany. Zazwyczaj takie substancje wyraźnie wykazują właściwości zasadowe (w obecności metalu), amfoteryczne (podwójne - szczególnie charakterystyczne dla aluminium) lub kwasowe (jeśli występuje pierwiastek o stopniu utlenienia +4 i wyższym).
Trójelementowi współpracownicy
Tematy chemii nieorganicznej obejmują rozważenie tego typu kombinacji atomów. Związki składające się z więcej niż dwóch grup atomów (nieorganiczne najczęściej dotyczą gatunków trójelementowych) powstają zwykle z udziałem składników znacznie różniących się od siebie parametrami fizykochemicznymi.
Możliwe typy wiązań to kowalencyjne, jonowe i mieszane. Zazwyczaj substancje trójelementowe zachowują się podobnie do substancji binarnych, ponieważ jedna z sił oddziaływania międzyatomowego jest znacznie silniejsza od drugiej: słaba powstaje wtórnie i ma zdolność szybszej dysocjacji w roztworze.
Zajęcia z chemii nieorganicznej
Zdecydowaną większość substancji badanych na kierunku nieorganicznym można rozpatrywać według prostej klasyfikacji w zależności od ich składu i właściwości. Zatem rozróżnia się tlenki i sole. Rozważanie ich związku lepiej zacząć od zapoznania się z koncepcją form utlenionych, w których może pojawić się niemal każda substancja nieorganiczna. Chemia takich związków jest omówiona w rozdziałach poświęconych tlenkom.
Tlenki
Tlenek to związek dowolnego pierwiastka chemicznego z tlenem na stopniu utlenienia -2 (odpowiednio w nadtlenkach -1). Tworzenie wiązania następuje w wyniku oddawania i dodawania elektronów wraz z redukcją O2 (kiedy najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem jest tlen).
Mogą wykazywać właściwości kwasowe, amfoteryczne i zasadowe w zależności od drugiej grupy atomów. Jeśli w tlenku nie przekracza stopnia utlenienia +2, jeśli w niemetalu - od +4 i więcej. W próbkach o podwójnym charakterze parametrów osiągana jest wartość +3.
Kwasy w substancjach nieorganicznych
Związki kwasowe mają reakcję środowiskową mniejszą niż 7 ze względu na zawartość kationów wodorowych, które mogą przejść do roztworu, a następnie zostać zastąpione jonem metalu. Według klasyfikacji są to substancje złożone. Większość kwasów można wytworzyć przez rozcieńczenie odpowiednich tlenków wodą, na przykład tworząc kwas siarkowy po uwodnieniu SO3.
Podstawy chemii nieorganicznej
Właściwości tego typu związków wynikają z obecności rodnika hydroksylowego OH, który daje reakcję ośrodka powyżej 7. Rozpuszczalne zasady nazywane są zasadami, są one najsilniejsze w tej klasie substancji ze względu na całkowitą dysocjację (rozkład na jony w cieczy). Podczas tworzenia soli grupę OH można zastąpić resztami kwasowymi.
Chemia nieorganiczna jest nauką dualną, która może opisywać substancje z różnych punktów widzenia. W teorii protolitycznej zasady są uważane za akceptory kationów wodoru. Podejście to rozszerza koncepcję tej klasy substancji, nazywając każdą substancję zdolną do przyjęcia protonu zasadą.
Sole
Ten typ związku plasuje się pomiędzy zasadami a kwasami, gdyż jest produktem ich interakcji. Zatem kationem jest zwykle jon metalu (czasami amonowy, fosfoniowy lub hydroniowy), a substancją anionową jest reszta kwasowa. Kiedy tworzy się sól, wodór zastępuje się inną substancją.
W zależności od stosunku liczby odczynników i ich siły względem siebie racjonalne jest rozważenie kilku rodzajów produktów interakcji:
- sole zasadowe otrzymuje się, jeśli grupy hydroksylowe nie zostaną całkowicie zastąpione (takie substancje mają reakcja alkalicznaśrodowisko);
- w odwrotnym przypadku powstają sole kwasowe - gdy brakuje reagującej zasady, w związku częściowo pozostaje wodór;
- najbardziej znane i najłatwiejsze do zrozumienia są próbki średnie (lub normalne) - są produktem całkowitego zobojętnienia reagentów z utworzeniem wody i substancji zawierającej wyłącznie kation metalu lub jego analog i resztę kwasową.
Chemia nieorganiczna jest nauką polegającą na podziale każdej z klas na fragmenty, które są rozpatrywane w inny czas: niektórzy - wcześniej, inni - później. Po bardziej dogłębnym badaniu wyróżnia się jeszcze 4 rodzaje soli:
- Podwójne zawierają pojedynczy anion w obecności dwóch kationów. Zazwyczaj takie substancje otrzymuje się przez połączenie dwóch soli z tą samą resztą kwasową, ale różnymi metalami.
- Typ mieszany jest przeciwieństwem poprzedniego: jego podstawą jest jeden kation z dwoma różnymi anionami.
- Hydraty krystaliczne to sole, których formuła zawiera wodę w stanie skrystalizowanym.
- Kompleksy to substancje, w których kation, anion lub oba występują w postaci klastrów z pierwiastkiem tworzącym. Sole takie można otrzymać głównie z pierwiastków z podgrupy B.
Inne substancje zawarte w warsztacie chemii nieorganicznej, które można zaliczyć do soli lub do odrębnych działów wiedzy, to wodorki, azotki, węgliki i związki międzymetaliczne (związki kilku metali niebędące stopem).
Wyniki
Chemia nieorganiczna to nauka, która interesuje każdego specjalistę w tej dziedzinie, niezależnie od jego zainteresowań. Zawiera pierwsze rozdziały studiowane w szkole na ten temat. Zajęcia z chemii nieorganicznej zakładają usystematyzowanie dużej ilości informacji według jasnej i prostej klasyfikacji.
Klasyfikacji reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej i organicznej dokonuje się na podstawie różnych cech klasyfikacyjnych, o których informacje podano w poniższej tabeli.
Poprzez zmianę stopnia utlenienia pierwiastków
Pierwsza oznaka klasyfikacji opiera się na zmianie stopnia utlenienia pierwiastków tworzących reagenty i produkty.
a) redoks
b) bez zmiany stopnia utlenienia
Redoks nazywane są reakcjami, którym towarzyszy zmiana stopnia utlenienia pierwiastków chemicznych tworzących odczynniki. Reakcje redoks w chemii nieorganicznej obejmują wszystkie reakcje podstawienia oraz te reakcje rozkładu i kombinacji, w których bierze udział co najmniej jedna prosta substancja. Reakcje zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastków tworzących reagenty i produkty reakcji obejmują wszystkie reakcje wymiany.
Według liczby i składu odczynników i produktów
Reakcje chemiczne klasyfikuje się ze względu na charakter procesu, to znaczy liczbę i skład odczynników i produktów.
Reakcje złożone to reakcje chemiczne, w wyniku których z kilku prostszych powstają złożone cząsteczki, na przykład:
4Li + O2 = 2Li2O
Reakcje rozkładu nazywane są reakcjami chemicznymi, w wyniku których z bardziej złożonych powstają proste cząsteczki, na przykład:
CaCO3 = CaO + CO2
Reakcje rozkładu można uznać za procesy odwrotne do łączenia.
Reakcje podstawienia to reakcje chemiczne, w wyniku których atom lub grupa atomów w cząsteczce substancji zostaje zastąpiona innym atomem lub grupą atomów, na przykład:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Ich piętno- interakcja substancji prostej ze złożoną. Takie reakcje zachodzą także w chemii organicznej.
Jednak pojęcie „podstawienia” w chemii organicznej jest szersze niż w chemii nieorganicznej. Jeżeli w cząsteczce substancji pierwotnej jakikolwiek atom lub grupa funkcyjna zostanie zastąpiona innym atomem lub grupą, to są to także reakcje podstawienia, chociaż z punktu widzenia chemii nieorganicznej proces ten wygląda jak reakcja wymiany.
- wymiana (w tym neutralizacja).
Reakcje wymiany to reakcje chemiczne zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastków i prowadzące do wymiany części składowych reagentów, na przykład:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3
Jeśli to możliwe, przepływ w przeciwnym kierunku
Jeśli to możliwe, przepływ w przeciwnym kierunku - odwracalny i nieodwracalny.
Odwracalny to reakcje chemiczne zachodzące w danej temperaturze jednocześnie w dwóch przeciwnych kierunkach i z porównywalnymi prędkościami. Podczas zapisywania równań takich reakcji znak równości zastępuje się strzałkami skierowanymi przeciwnie. Najprostszym przykładem reakcji odwracalnej jest synteza amoniaku w wyniku oddziaływania azotu i wodoru:
N2+3H2 ↔2NH3
Nieodwracalny to reakcje zachodzące tylko w kierunku do przodu, w wyniku których powstają produkty, które nie oddziałują ze sobą. Do nieodwracalnych reakcji zalicza się reakcje chemiczne, w wyniku których powstają lekko zdysocjowane związki, wyzwolenie dużej ilości energii, a także takie, w których końcowe produkty opuszczają sferę reakcyjną w postaci gazowej lub w postaci osadu, np. :
HCl + NaOH = NaCl + H2O
2Ca + O2 = 2CaO
BaBr2 + Na2SO4 = BaSO4 ↓ + 2NaBr
Przez efekt termiczny
Egzotermiczny nazywane są reakcjami chemicznymi zachodzącymi podczas wydzielania ciepła. Symbol zmiana entalpii (zawartość ciepła) ΔH, oraz efekt termiczny reakcja Q. Dla reakcji egzotermicznych Q > 0 i ΔH< 0.
Endotermiczny to reakcje chemiczne polegające na absorpcji ciepła. W przypadku reakcji endotermicznych Q< 0, а ΔH > 0.
Reakcje łączenia będą na ogół reakcjami egzotermicznymi, a reakcje rozkładu będą endotermiczne. Rzadkim wyjątkiem jest reakcja azotu z tlenem - endotermiczna:
N2 + O2 → 2NO – Q
Według fazy
Jednorodny nazywane są reakcjami zachodzącymi w ośrodku jednorodnym (substancje jednorodne w jednej fazie, np. g-g, reakcje w roztworach).
Heterogeniczny to reakcje zachodzące w ośrodku niejednorodnym, na powierzchni styku reagujących substancji znajdujących się w różnych fazach, na przykład stałej i gazowej, ciekłej i gazowej, w dwóch niemieszających się cieczach.
W zależności od zastosowania katalizatora
Katalizator to substancja przyspieszająca reakcję chemiczną.
Reakcje katalityczne zachodzą jedynie w obecności katalizatora (w tym enzymatycznego).
Reakcje niekatalityczne iść w przypadku braku katalizatora.
Według rodzaju odprawy
Reakcje homolityczne i heterolityczne rozróżnia się na podstawie rodzaju rozerwania wiązań chemicznych w cząsteczce wyjściowej.
Homolityczny nazywane są reakcjami, w których w wyniku zerwania wiązań powstają cząstki posiadające niesparowany elektron – wolne rodniki.
Heterolityczny to reakcje zachodzące poprzez powstawanie cząstek jonowych – kationów i anionów.
- homolityczny (równa przerwa, każdy atom otrzymuje 1 elektron)
- heterolityczny (nierówna przerwa - dostaje się parę elektronów)
Rodnik(łańcuch) to reakcje chemiczne z udziałem rodników, na przykład:
CH 4 + Cl 2 hv →CH 3 Cl + HCl
joński to reakcje chemiczne zachodzące z udziałem jonów, np.:
KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl↓
Reakcje elektrofilowe to reakcje heterolityczne związków organicznych z elektrofilami – cząsteczkami posiadającymi całkowity lub ułamkowy ładunek dodatni. Dzieli się je na reakcje podstawienia elektrofilowego i addycji elektrofilowej, na przykład:
C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl
H2C =CH2 + Br2 → BrCH2 –CH2Br
Reakcje nukleofilowe to reakcje heterolityczne związków organicznych z nukleofilami – cząsteczkami przenoszącymi cały lub ułamkowy ładunek ujemny. Dzieli się je na reakcje podstawienia nukleofilowego i addycji nukleofilowej, na przykład:
CH3Br + NaOH → CH3OH + NaBr
CH 3 C(O)H + C 2 H 5 OH → CH 3 CH(OC 2 H 5) 2 + H 2 O
Klasyfikacja reakcji organicznych
Klasyfikacja reakcje organiczne podano w tabeli:
