Subiecte ale codificatorului examenului unificat de stat: Clasificarea reacțiilor chimice în organice și neorganice Chimie organica.
Reacții chimice - acesta este un tip de interacțiune a particulelor când o substanță chimică produce o alta care diferă de ele ca proprietăți și structură. Substanţe care introduce in reactie - reactivi. Substanţe care sunt formateîn timpul unei reacții chimice - produse.
În timpul unei reacții chimice, legăturile chimice sunt rupte și se formează altele noi.
În timpul reacțiilor chimice, atomii implicați în reacție nu se modifică. Se schimbă doar ordinea de conectare a atomilor din molecule. Prin urmare, numărul de atomi ai aceleiași substanțe nu se modifică în timpul unei reacții chimice.
Reacțiile chimice sunt clasificate după diferite criterii. Să luăm în considerare principalele tipuri de clasificare a reacțiilor chimice.
Clasificarea în funcție de numărul și compoziția substanțelor care reacţionează
Pe baza compoziției și a numărului de substanțe care reacţionează, reacțiile care apar fără modificarea compoziției substanțelor sunt împărțite în reacții care apar cu o modificare a compoziției substanțelor:
1. Reacții care apar fără modificarea compoziției substanțelor (A → B)
La asemenea reacții în chimia anorganică Tranzițiile alotropice ale substanțelor simple de la o modificare la alta pot fi atribuite:
S ortorombic → S monoclinic.
ÎN Chimie organica astfel de reacții includ reacții de izomerizare , când dintr-un izomer, sub influența unui catalizator și a unor factori externi, se obține altul (de obicei un izomer structural).
De exemplu, izomerizarea butanului la 2-metilpropan (izobutan):
CH3-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH(CH3)-CH3.
2. Reacții care apar la modificarea compoziției
- Reacții compuse (A + B + ... → D)- sunt reacții în care din două sau mai multe substanțe se formează o nouă substanță complexă. ÎN Chimie anorganică Reacțiile compuse includ reacțiile de ardere a substanțelor simple, interacțiunea oxizilor bazici cu cei acizi etc. Chimie anorganică astfel de reacții se numesc reacții aderările Reacții de adaos — Acestea sunt reacții în care se adaugă o altă moleculă la molecula organică în cauză. Reacțiile de adiție includ reacții hidrogenare(interacțiune cu hidrogenul), hidratare(conexiune la apă), hidrohalogenare(adaos de halogenură de hidrogen), polimerizare(atașarea moleculelor între ele pentru a forma un lanț lung) etc.
De exemplu, hidratare:
CH2 =CH2 + H20 → CH3-CH2-OH
- Reacții de descompunere (A → B+C+…)- sunt reactii in timpul carora dintr-o molecula complexa se formeaza mai multe substante mai putin complexe sau simple. În acest caz, se pot forma atât substanțe simple, cât și complexe.
De exemplu, în timpul descompunerii apă oxigenată:
2H2O2→ 2H2O + O2.
Chimie anorganică reacții separate de descompunere și reacții de eliminare . Reacții de eliminare — Acestea sunt reacții în timpul cărora atomii sau grupările atomice sunt separate de molecula originală, menținând în același timp scheletul său de carbon.
De exemplu, reacția de extracție a hidrogenului (dehidrogenare) din propan:
C3H8 → C3H6 + H2
De regulă, numele unor astfel de reacții conține prefixul „de”. Reacțiile de descompunere în chimia organică implică de obicei ruperea unui lanț de carbon.
De exemplu, reacție crăparea butanului(diviziunea în molecule mai simple prin încălzire sau sub influența unui catalizator):
C4H10 → C2H4 + C2H6
- Reacții de substituție - sunt reactii in timpul carora atomii sau grupurile de atomi ale unei substante sunt inlocuite cu atomi sau grupurile de atomi ale unei alte substante. În chimia anorganică Aceste reacții apar după următoarea schemă:
AB + C = AC + B.
De exemplu, mai activ halogeniînlocuiți-i pe cei mai puțin activi din compuși. Interacţiune Iodură de potasiu Cu clor:
2KI + Cl2 → 2KCl + I2.
Atât atomii individuali, cât și moleculele pot fi înlocuite.
De exemplu, la fuziune oxizi mai puțin volatili se îndepărtează mai volatile din săruri. Da, nevolatil oxid de siliciuînlocuiește monoxidul de carbon din bicarbonat de sodiu când este fuzionat:
Na 2 CO 3 + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + CO 2
ÎN Chimie organica Reacțiile de substituție sunt reacții în care parte a unei molecule organice înlocuit la alte particule. În acest caz, particula substituită, de regulă, se combină cu o parte a moleculei substituente.
De exemplu, reacție clorurarea metanului:
CH4 + CI2 → CH3CI + HCI
În ceea ce privește numărul de particule și compoziția produselor de interacțiune, această reacție este mai asemănătoare cu o reacție de schimb. Cu toate acestea, prin mecanism o astfel de reacție este o reacție de înlocuire.
- Reacții de schimb - sunt reacții în timpul cărora două substanțe complexe își schimbă părțile constitutive:
AB + CD = AC + BD
Reacțiile de schimb includ reacții de schimb ionic curgerea în soluții; reacții care ilustrează proprietățile acido-bazice ale substanțelor și altele.
Exemplu reacţii de schimb în chimia anorganică – neutralizare de acid clorhidric alcaline:
NaOH + HCI = NaCI + H2O
Exemplu reacții de schimb în chimia organică - hidroliza alcalină a cloretanului:
CH3-CH2-CI + KOH = CH3-CH2-OH + KCI
Clasificarea reacțiilor chimice în funcție de modificările stării de oxidare a elementelor care formează substanțe
Prin modificarea stării de oxidare a elementelor reacții chimice impartit de reacții redox, și reacțiile care au loc fără modificarea stărilor de oxidare elemente chimice.
- Reacții redox (ORR) sunt reacții în timpul cărora stări de oxidare substante Schimbare. În acest caz are loc un schimb electroni.
ÎN Chimie anorganică Astfel de reacții includ de obicei reacții de descompunere, substituție, combinare și toate reacțiile care implică substanțe simple. Pentru a egaliza ORR, se folosește metoda balanță electronică(numarul de electroni dat trebuie sa fie egal cu numarul primit) sau metoda echilibrului electron-ion.
ÎN Chimie organica separate reacțiile de oxidare și de reducere, în funcție de ceea ce se întâmplă cu molecula organică.
Reacții de oxidare Chimie anorganică sunt reacţii în timpul cărora numărul de atomi de hidrogen scade sau crește numărul de atomi de oxigen din molecula organică originală.
De exemplu, oxidarea etanolului sub acțiunea oxidului de cupru:
CH3-CH2-OH + CuO → CH3-CH=O + H2O + Cu
Reacții de recuperare în chimia organică, acestea sunt reacţii în timpul cărora numărul de atomi de hidrogen crește sau numărul de atomi de oxigen scadeîntr-o moleculă organică.
De exemplu, recuperare acetaldehidă hidrogen:
CH3-CH=O + H2 → CH3-CH2-OH
- Reacții protolitice și metabolice - Sunt reacții în timpul cărora stările de oxidare ale atomilor nu se modifică.
De exemplu, neutralizare sodă caustică acid azotic:
NaOH + HNO3 = H2O + NaNO3
Clasificarea reacțiilor după efectul termic
În funcție de efectul termic, reacțiile sunt împărțite în exotermicȘi endotermic.
Reacții exoterme - sunt reacții însoțite de eliberarea de energie sub formă de căldură (+ Q). Astfel de reacții includ aproape toate reacțiile compuse.
Excepții- reacție azot Cu oxigen cu educația oxid nitric (II) - endotermic:
N 2 + O 2 = 2NO – Q
Reacție gazoasă hidrogen cu greu iod De asemenea endotermic:
H 2 + I 2 = 2HI – Q
Reacțiile exoterme care produc lumină se numesc reacții combustie.
De exemplu, arderea metanului:
CH4 + O2 = CO2 + H2O
De asemenea exotermic sunt:
Reacții endoterme sunt reactii insotite de absorbția de energie sub formă de căldură ( — Î ). De regulă, majoritatea reacțiilor apar cu absorbția căldurii descompunere(reacții care necesită încălzire prelungită).
De exemplu, descompunere calcar:
CaCO 3 → CaO + CO 2 – Q
De asemenea endotermic sunt:
- reacții de hidroliză;
- reacţii care apar numai la încălzire;
- reacţii care apar numaila foarte temperaturi mari ah sau sub influența unei descărcări electrice.
De exemplu, conversia oxigenului în ozon:
3O 2 = 2O 3 - Q
ÎN Chimie organica Odată cu absorbția căldurii, apar reacții de descompunere. De exemplu, crăpătură pentan:
C 5 H 12 → C 3 H 6 + C 2 H 6 – Q.
Clasificarea reacțiilor chimice în funcție de starea de agregare a substanțelor care reacţionează (după compoziţia fazelor)
Substanțele pot exista în trei stări principale de agregare - greu, lichidȘi gazos. După starea de fazăîmpărtășește reacțiile omogenȘi eterogen.
- Reacții omogene - acestea sunt reacții în care se află reactanții și produșii într-o singură fază, iar ciocnirea particulelor care reacţionează are loc în întregul volum al amestecului de reacţie. Reacțiile omogene includ interacțiuni lichid-lichidȘi gaz-gaz.
De exemplu, oxidare dioxid de sulf :
2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g)
- Reacții eterogene - acestea sunt reacții în care se află reactanții și produșii în diferite faze. În acest caz, apare doar ciocnirea particulelor care reacţionează la limita contactului de fază. Astfel de reacții includ interacțiuni gaz-lichid, gaz-solid, solid-solid și solid-lichid.
De exemplu, interacțiune dioxid de carbon Și hidroxid de calciu:
CO 2 (g) + Ca (OH) 2 (soluție) = CaCO 3 (tv) + H 2 O
Pentru a clasifica reacțiile după starea de fază, este util să se poată determina stări de fază ale substanțelor. Acest lucru este destul de ușor de făcut folosind cunoștințele despre structura materiei, în special despre.
Substante cu ionic, atomic sau rețea cristalină metalică, de obicei greu la conditii normale; substante cu rețea moleculară , de obicei, lichide sau gazele in conditii normale.
Vă rugăm să rețineți că atunci când sunt încălzite sau răcite, substanțele se pot schimba de la o stare de fază la alta. În acest caz, este necesar să ne concentrăm asupra condițiilor pentru o anumită reacție și proprietăți fizice substante.
De exemplu, primind gaz de sinteză apare la temperaturi foarte ridicate la care apa - abur:
CH4 (g) + H2O (g) = CO (g) + 3H2 (g)
Astfel, reforma cu abur metan — reacție omogenă.
Clasificarea reacțiilor chimice în funcție de participarea unui catalizator
Un catalizator este o substanță care accelerează o reacție, dar nu face parte din produșii de reacție. Catalizatorul participă la reacție, dar practic nu este consumat în timpul reacției. În mod convențional, diagrama de acțiune a catalizatorului LA când substanțele interacționează A+B poate fi reprezentat astfel: A + K = AK; AK + B = AB + K.
În funcție de prezența unui catalizator, se disting reacțiile catalitice și necatalitice.
- Reacții catalitice - acestea sunt reacții care apar cu participarea catalizatorilor. De exemplu, descompunerea sării Berthollet: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2.
- Reacții necatalitice - Acestea sunt reacții care apar fără participarea unui catalizator. De exemplu, arderea etanului: 2C 2 H 6 + 5O 2 = 2CO 2 + 6H 2 O.
Toate reacțiile care apar în celulele organismelor vii au loc cu participarea unor catalizatori proteici speciali - enzime. Astfel de reacții se numesc enzimatice.
Mecanismul de acțiune și funcțiile catalizatorilor sunt discutate mai detaliat într-un articol separat.
Clasificarea reacțiilor după direcție
Reacții reversibile - acestea sunt reactii care pot aparea atat in directia inainte cat si in sens invers, i.e. când, în condiții date, produșii de reacție pot interacționa între ei. Reacțiile reversibile includ majoritatea reacțiilor omogene, esterificarea; reacții de hidroliză; hidrogenare-dehidrogenare, hidratare-deshidratare; producerea de amoniac din substanțe simple, oxidarea dioxidului de sulf, producerea de halogenuri de hidrogen (cu excepția fluorurii de hidrogen) și hidrogen sulfurat; sinteza metanolului; producerea și descompunerea carbonaților și bicarbonaților etc.
Reacții ireversibile - acestea sunt reacții care decurg predominant într-o singură direcție, adică. Produșii de reacție nu pot reacționa între ei în aceste condiții. Exemple reacții ireversibile: ardere; reacții explozive; reacții care apar cu formarea de gaz, precipitat sau apă în soluții; dizolvarea metalelor alcaline în apă; si etc.
TUTORIAL
La disciplina „Chimie generală și anorganică”
Culegere de prelegeri de chimie generală și anorganică
Chimie generală și anorganică: tutorial/ autor E.N.Mozzhukhina;
GBPOU „Colegiul Medical de bază Kurgan”. - Kurgan: KBMK, 2014. - 340 p.
Publicat prin hotărâre a consiliului editorial și editorial al Instituției de Învățământ Autonome de Stat de Formare Profesională Continuă „Institutul pentru Dezvoltarea Învățământului și tehnologii sociale»
Referent: NU. Gorshkova - Candidat la științe biologice, director adjunct pentru IMR, Colegiul Medical de bază Kurgan
| Introducere. | |
| SECTIUNEA 1. Baza teoretica chimie | 8-157 |
| 1.1. Legea periodică și sistemul periodic după elementul D.I. Mendeleev. Teoria structurii substanțelor. | |
| 1.2.Structura electronică a atomilor elementelor. | |
| 1.3. Tipuri de legături chimice. | |
| 1..4 Structura substanţelor de natură anorganică | |
| 1 ..5 Clasele nu compusi organici. | |
| 1.5.1. Clasificarea, compoziția, nomenclatura oxizilor, acizilor, bazelor Metode de preparare și a acestora Proprietăți chimice. | |
| 1.5.2 Clasificarea, compoziția, nomenclatura sărurilor. Metode de preparare și proprietățile lor chimice | |
| 1.5.3. Amfoter. Proprietățile chimice ale oxidurilor și hidroxizilor amfoteri. Relația genetică între clase compuși anorganici. | |
| 1..6 Conexiuni complexe. | |
| 1..7 Soluții. | |
| 1.8. Teoria disocierii electrolitice. | |
| 1.8.1. Disocierea electrolitică. Dispoziții de bază. TED. Mecanismul de disociere. | |
| 1.8.2. Reacții de schimb ionic. Hidroliza sărurilor. | |
| 1.9. Reacții chimice. | |
| 1.9.1. Clasificarea reacțiilor chimice. Echilibru chimic și deplasare. | |
| 1.9.2. Reacții redox. Esența lor electronică. Clasificarea și compilarea ecuațiilor OVR. | |
| 1.9.3. Cei mai importanți agenți oxidanți și reducători. ORR cu participarea dicromat, permanganat de potasiu și acizi diluați. | |
| 1.9.4 Metode de aranjare a coeficienților în OVR | |
| SECȚIUNEA 2. Chimia elementelor și a compușilor acestora. | |
| 2.1. P-elemente. | |
| 2.1.1. caracteristici generale elemente din grupa a VII-a a tabelului periodic. Halogeni. Clorul, proprietățile sale fizice și chimice. | |
| 2.1.2. Halogenuri. Rolul biologic halogeni. | |
| 2.1.3. Calcogeni. Caracteristicile generale ale elementelor grupei VI PS D.I. Mendeleev. Compușii oxigenului. | |
| 2.1.4. Cei mai importanți compuși ai sulfului. | |
| 2.1.5. Subgrupul principal al grupului V. Caracteristici generale. Structura atomică, proprietățile fizice și chimice ale azotului. Cei mai importanți compuși ai azotului. | |
| 2.1.6. Structura atomului de fosfor, proprietățile sale fizice și chimice. alotropie. Cei mai importanți compuși ai fosforului. | |
| 2.1.7. Caracteristicile generale ale elementelor grupei IV a subgrupului principal al sistemului periodic D.I. Mendeleev. Carbon și siliciu. | |
| 2.1.8. Subgrupa principală a grupei III a sistemului periodic D.I. Mendeleev. Bor. Aluminiu. | |
| 2.2. s - elemente. | |
| 2.2.1. Caracteristicile generale ale metalelor din grupa II a subgrupului principal al sistemului periodic D.I. Mendeleev. Metale alcalino-pământoase. | |
| 2.2.2. Caracteristicile generale ale elementelor grupei I a subgrupului principal al sistemului periodic D.I. Mendeleev. Metale alcaline. | |
| 2.3. d-elemente. | |
| 2.3.1. Subgrupul lateral al grupului I. | |
| 2.3.2.. Subgrupul lateral al grupului II. | |
| 2.3.3. Subgrupul lateral al grupului VI | |
| 2.3.4. Subgrupul lateral al grupului VII | |
| 2.3.5. Subgrupul lateral al grupului VIII |
Notă explicativă
Pe scena modernăÎn dezvoltarea societății, sarcina principală este de a avea grijă de sănătatea umană. Tratamentul multor boli a devenit posibil datorită progreselor din chimie în crearea de noi substanțe și materiale.
Fără cunoștințe profunde și cuprinzătoare în domeniul chimiei, fără a cunoaște sensul pozitiv sau influență negativă factori chimici pe mediu inconjurator nu vei putea să fii alfabetizat lucrător medical. Elevi colegiu medical trebuie să aibă cunoștințele minime necesare de chimie.
Acest curs de materiale de curs este destinat studenților care studiază elementele de bază ale chimiei generale și anorganice.
Scopul acestui curs este de a studia principiile chimiei anorganice prezentate la nivelul actual de cunoștințe; extinderea sferei de cunoştinţe ţinând cont de orientarea profesională. O direcție importantă este crearea unei baze solide pe care să se construiască predarea altor discipline chimice de specialitate (chimie organică și analitică, farmacologie, tehnologia medicamentelor).
Materialul propus prevede îndrumare vocațională studenți privind legătura dintre chimia anorganică teoretică și disciplinele speciale și medicale.
Principalele obiective ale cursului de pregătire al acestei discipline sunt stăpânirea principiilor fundamentale ale chimiei generale; în asimilarea de către studenți a conținutului chimiei anorganice ca știință care explică legătura dintre proprietățile compușilor anorganici și structura lor; în formarea ideilor despre chimia anorganică ca disciplină fundamentală pe care se bazează cunoştinţele profesionale.
Cursul de prelegeri la disciplina „Chimie generală și anorganică” este construit în conformitate cu cerințele statului standard educațional(FSES-4) la nivelul minim de pregătire al absolvenților de specialitatea 060301 „Farmacie” și se elaborează pe baza curriculum-ului acestei specialități.
Cursul de prelegeri cuprinde două secțiuni;
1. Bazele teoretice ale chimiei.
2. Chimia elementelor și a compușilor acestora: (elemente p, elemente s, elemente d).
Prezentare material educațional prezentate în dezvoltare: din cele mai multe concepte simple la complex, holistic, generalizant.
Secțiunea „Bazele teoretice ale chimiei” acoperă următoarele aspecte:
1. Legea periodică și Tabelul periodic al elementelor chimice D.I. Mendeleev și teoria structurii substanțelor.
2. Clase de substanțe anorganice, relația dintre toate clasele de substanțe anorganice.
3. Compuși complecși, utilizarea lor în analiza calitativă.
4. Soluții.
5. Teoria disocierii electrolitice.
6. Reacții chimice.
La studierea secțiunii „Chimia elementelor și a compușilor acestora” sunt luate în considerare următoarele întrebări:
1. Caracteristicile grupului și subgrupului în care se află acest element.
2. Caracteristicile unui element, pe baza poziției sale în tabelul periodic, din punctul de vedere al teoriei structurii atomice.
3. Proprietăți fizice și distribuție în natură.
4. Metode de obţinere.
5. Proprietăți chimice.
6. Conexiuni importante.
7. Rolul biologic al elementului și utilizarea sa în medicină.
Atentie speciala este dedicat medicamentelor de natură anorganică.
Ca urmare a studierii acestei discipline, studentul ar trebui să cunoască:
1. Legea periodică și caracteristicile elementelor sistemului periodic D.I. Mendeleev.
2. Fundamentele teoriei proceselor chimice.
3. Structura și reactivitatea substanțelor de natură anorganică.
4. Clasificarea si nomenclatura substantelor anorganice.
5. Prepararea și proprietățile substanțelor anorganice.
6. Aplicare în medicină.
1. Clasificați compușii anorganici.
2. Alcătuiți nume de compuși.
3. Stabiliți o relație genetică între compușii anorganici.
4. Folosind reacții chimice, dovediți proprietățile chimice ale substanțelor anorganice, inclusiv cele medicinale.
Prelegerea nr. 1
Tema: Introducere.
1. Subiectul și sarcinile de chimie
2. Metode de chimie generală și anorganică
3. Teorii și legile fundamentale ale chimiei:
b) legea conservării masei și energiei;
c) legea periodică;
d) teorie structura chimica.
Chimie anorganică.
1. Subiectul și sarcinile de chimie
Chimia modernă este una dintre științele naturii și este un sistem de discipline separate: chimie generală și anorganică, chimie analitică, chimie organică, chimie fizică și chimia coloidală, geochimie, cosmochimie etc.
Chimia este o știință care studiază procesele de transformare a substanțelor, însoțite de modificări ale compoziției și structurii, precum și tranzițiile reciproce între aceste procese și alte forme de mișcare a materiei.
Astfel, obiectul principal al chimiei ca știință îl reprezintă substanțele și transformările lor.
În stadiul actual de dezvoltare a societății noastre, îngrijirea sănătății umane este o sarcină de o importanță capitală. Tratamentul multor boli a devenit posibil datorită progreselor în chimie în crearea de noi substanțe și materiale: medicamente, înlocuitori de sânge, polimeri și materiale polimerice.
Fără cunoștințe profunde și cuprinzătoare în domeniul chimiei, fără a înțelege semnificația impactului pozitiv sau negativ al diferiților factori chimici asupra sănătății umane și asupra mediului, este imposibil să devii un profesionist medical competent.
Chimie generală. Chimie anorganică.
Chimia anorganică este știința elementelor tabelului periodic și a substanțelor simple și complexe formate de acestea.
Chimia anorganică este inseparabilă de chimia generală. Din punct de vedere istoric, când studiezi interacțiune chimică au fost formulate elemente între ele, legile de bază ale chimiei, modelele generale ale reacțiilor chimice, teoria legăturilor chimice, doctrina soluțiilor și multe altele, care constituie subiectul chimiei generale.
Astfel, chimia generală studiază ideile și conceptele teoretice care formează fundamentul întregului sistem de cunoștințe chimice.
Chimia anorganică a depășit de mult stadiul științei descriptive și în prezent se confruntă cu „renașterea” acesteia ca urmare a utilizării pe scară largă a metodelor chimice cuantice, modelul de bandă al spectrului energetic al electronilor, descoperirea compușilor chimici de valență ai gazelor nobile. , și sinteza țintită a materialelor cu proprietăți fizice și chimice speciale. Pe baza unui studiu aprofundat al relației dintre structura chimică și proprietăți, rezolvă cu succes principala problemă - crearea de noi substanțe anorganice cu proprietăți specificate.
2. Metode de chimie generală și anorganică.
Dintre metodele experimentale ale chimiei, cea mai importantă este metoda reacțiilor chimice. O reacție chimică este transformarea unei substanțe în alta prin modificarea compoziției și structurii chimice. Reacțiile chimice fac posibilă studierea proprietăților chimice ale substanțelor. După reacțiile chimice ale substanței studiate, se poate judeca indirect structura chimică a acesteia. Metodele directe de determinare a structurii chimice se bazează în mare parte pe utilizarea fenomenelor fizice.
Sinteza anorganică se realizează și pe baza reacțiilor chimice, care În ultima vreme a obținut un mare succes, în special în obținerea de compuși foarte puri sub formă de monocristale. Acest lucru a fost facilitat de utilizarea temperaturilor și presiunilor ridicate, a vidului ridicat, introducerea metodelor de curățare fără containere etc.
La efectuarea reacțiilor chimice, precum și la izolarea substanțelor dintr-un amestec în formă pură Metodele preparative joacă un rol important: precipitarea, cristalizarea, filtrarea, sublimarea, distilarea etc. În zilele noastre, multe dintre aceste metode clasice de pregătire au primit dezvoltare ulterioarăși sunt lideri în tehnologia de obținere a substanțelor extrem de pure și a monocristalelor. Acestea sunt metode de cristalizare direcționată, recristalizare de zonă, sublimare în vid și distilare fracțională. Una dintre caracteristicile chimiei anorganice moderne este sinteza și studiul substanțelor extrem de pure pe monocristale.
Metodele de analiză fizico-chimică sunt utilizate pe scară largă în studiul soluțiilor și aliajelor, atunci când compușii formați în ele sunt dificil sau practic imposibil de izolat într-o stare individuală. Apoi, proprietățile fizice ale sistemelor sunt studiate în funcție de modificarea compoziției. Ca urmare, se construiește o diagramă compoziție-proprietăți, a cărei analiză permite să se tragă o concluzie despre natura interacțiunii chimice a componentelor, formarea compușilor și proprietățile acestora.
Pentru a înțelege esența unui fenomen, metodele experimentale singure nu sunt suficiente, așa că Lomonosov a spus că un adevărat chimist trebuie să fie un teoretician. Numai prin gândire, abstractizare științifică și generalizare se învață legile naturii și se creează ipoteze și teorii.
Înțelegerea teoretică a materialului experimental și crearea unui sistem coerent de cunoștințe chimice în chimia generală și anorganică modernă se bazează pe: 1) teoria mecanică cuantică a structurii atomilor și a sistemului periodic de elemente de către D.I. Mendeleev; 2) teoria chimică cuantică a structurii chimice și doctrina dependenței proprietăților unei substanțe de „structura sa chimică; 3) doctrina echilibrului chimic, bazată pe conceptele de termodinamică chimică.
3. Teorii și legile fundamentale ale chimiei.
Generalizările fundamentale ale chimiei și științelor naturale includ teoria atomo-moleculară, legea conservării masei și energiei,
Tabelul periodic și teoria structurii chimice.
a) Teoria atomo-moleculară.
Creatorul studiilor atomo-moleculare și descoperitorul legii conservării masei substanțelor M.V. Lomonosov este considerat pe bună dreptate fondatorul chimiei științifice. Lomonosov a distins clar două etape în structura materiei: elemente (în înțelegerea noastră - atomi) și corpusculi (molecule). Potrivit lui Lomonosov, moleculele de substanțe simple constau din atomi identici, iar moleculele de substanțe complexe constau din atomi diferiți. Teoria atomo-moleculară a primit recunoaștere generală la începutul secolului al XIX-lea după ce atomismul lui Dalton a fost stabilit în chimie. De atunci, moleculele au devenit obiectul principal al cercetării chimice.
b) Legea conservării masei și energiei.
În 1760, Lomonosov a formulat o lege unificată a masei și energiei. Dar înainte de începutul secolului al XX-lea. aceste legi erau considerate independent unele de altele. Chimia s-a ocupat în principal de legea conservării masei unei substanțe (masa substanțelor care au intrat într-o reacție chimică este egală cu masa substanțelor formate ca urmare a reacției).
De exemplu: 2KlO 3 = 2 KCl + 3O 2
Stânga: 2 atomi de potasiu Dreapta: 2 atomi de potasiu
2 atomi de clor 2 atomi de clor
6 atomi de oxigen 6 atomi de oxigen
Fizica s-a ocupat de legea conservării energiei. În 1905, fondatorul fizicii moderne A. Einstein a arătat că există o relație între masă și energie, exprimată prin ecuația E = mс 2, unde E este energie, m este masă; c este viteza luminii în vid.
c) Dreptul periodic.
Cea mai importantă sarcină a chimiei anorganice este de a studia proprietățile elementelor și de a identifica modelele generale ale interacțiunii lor chimice între ele. Cea mai mare generalizare științifică în rezolvarea acestei probleme a fost făcută de D.I. Mendeleev, care a descoperit Legea periodică și expresia ei grafică - Sistemul periodic. Numai ca urmare a acestei descoperiri a devenit posibilă previziunea chimică, prezicerea unor fapte noi. Prin urmare, Mendeleev este fondatorul chimiei moderne.
Legea periodică a lui Mendeleev stă la baza naturalului
taxonomia elementelor chimice. Element chimic – colectare
atomi cu aceeași sarcină nucleară. Modele de modificări de proprietate
elementele chimice sunt determinate de Legea periodică. Doctrina a
structura atomilor a explicat sensul fizic al Legii periodice.
S-a dovedit că frecvența modificărilor proprietăților elementelor și compușilor acestora
depinde de o structură electronică similară care se repetă periodic
învelișurile atomilor lor. De proprietățile chimice și unele fizice depind
structura carcasei electronice, în special straturile sale exterioare. De aceea
Legea periodică este baza științifică pentru studiul celor mai importante proprietăți ale elementelor și compușilor acestora: acido-bazic, redox, catalitic, complexant, semiconductor, metalochimic, cristalochimic, radiochimic etc.
Tabelul periodic a jucat, de asemenea, un rol colosal în studiul radioactivității naturale și artificiale și a eliberării de energie intranucleară.
Legea periodică și sistemul periodic se dezvoltă și se perfecționează continuu. Dovadă în acest sens este formularea modernă a Legii periodice: proprietățile elementelor, precum și formele și proprietățile compușilor lor, depind periodic de mărimea sarcinii nucleului atomilor lor. Astfel, sarcina pozitivă a nucleului, mai degrabă decât masa atomică, s-a dovedit a fi un argument mai precis de care depind proprietățile elementelor și compușilor acestora.
d) Teoria structurii chimice.
Sarcina fundamentală a chimiei este de a studia relația dintre structura chimică a unei substanțe și proprietățile acesteia. Proprietățile unei substanțe sunt o funcție de structura sa chimică. Înainte de A.M. Butlerov credea că proprietățile unei substanțe sunt determinate de compoziția sa calitativă și cantitativă. El a formulat mai întâi principiile de bază ale teoriei sale despre structura chimică. Astfel: natura chimică a unei particule complexe este determinată de natura elementarului particule compozite, numărul și structura lor chimică. Tradus în limbaj modern aceasta înseamnă că proprietățile unei molecule sunt determinate de natura atomilor ei constitutivi, numărul acestora și structura chimică a moleculei. Inițial, teoria structurii chimice se referea la compuși chimici care aveau o structură moleculară. În prezent, teoria creată de Butlerov este considerată o teorie chimică generală a structurii compușilor chimici și a dependenței proprietăților acestora de structura lor chimică. Această teorie este o continuare și o dezvoltare a învățăturilor atomo-moleculare ale lui Lomonosov.
4. Rolul oamenilor de știință autohtoni și străini în dezvoltarea generală și
Chimie anorganică.
| p/p | Oamenii de știință | Datele vieții | Cele mai importante lucrări și descoperiri din domeniul chimiei | ||||
| 1. | Avogadro Amedo (Italia) | | 1776-1856 | Legea lui Avogadro 1 | ||||
| 2. | Arrhenius Svante (Suedia) | 1859-1927 | Teoria disocierii electrolitice | ||||
| 3. | Beketov N.N. (Rusia) | 1827-1911 | Seria de activitate metalică. Bazele aluminotermiei. | ||||
| 4. | Berthollet Claude Louis (Franța) | 1748-1822 | Condiții pentru curgerea reacțiilor chimice. Cercetarea gazelor. Sarea lui Bertholet. | ||||
| 5. | Berzelius Jene Jakob (Suedia) | 1779-1848 | Determinarea greutăților atomice ale elementelor. Introducerea denumirilor de litere pentru elementele chimice. | ||||
| 6. | Boyle Robert (Anglia) | 1627-1691 | Stabilirea conceptului de element chimic. Dependența volumelor de gaz de presiune. | ||||
| 7. | Bor Nils (Danemarca) | 1887-1962 | Teoria structurii atomice. 1 | ||||
| 8. | Van't Hoff Jacob Gendrik (Olanda) | 1852-1911 | Studiul solutiilor; unul dintre fondatorii chimiei fizice și stereochimiei. | ||||
| 9. | Gay-Lussac Joseph (Franța) | 1778-1850 | legile gazelor lui Gay-Lussac. Studiul acizilor fără oxigen; tehnologia acidului sulfuric. | ||||
| 10. | Hess German Ivanov (Rusia) | 1802-1850 | Descoperirea legii fundamentale a termochimiei. Dezvoltarea Rusiei nomenclatura chimică. Analiza minerală. | ||||
| 11. | Dalton John (Anglia) | 1766-1844 | Legea rapoartelor multiple. Introducerea simbolurilor și formulelor chimice. Justificarea teoriei atomice. | ||||
| 12. | Maria Curie-Skłodowska (Franța, nativ Polonia) | 1867-1934 | Descoperirea poloniului și a radiului; studiul proprietăților substanțelor radioactive. Eliberarea de radiu metalic. | ||||
| 13. | Lavoisier Antoine Laurent (Franța) | 1743-1794 | Fundamentul chimiei științifice, stabilirea teoriei arderii oxigenului, natura apei. Crearea unui manual de chimie bazat pe noi puncte de vedere. | ||||
| 14. | Le Chatelier Lune Henri (Franța) | 1850-1936 | Legea generală echilibrul se schimbă în funcţie de conditii externe(principiul lui Le Chatelier) | ||||
| 15. | Lomonosov Mihail Vasilievici | 1741-1765 | Legea conservării masei substanțelor. | ||||
| Aplicarea metodelor cantitative în chimie; dezvoltarea principiilor de bază ale teoriei cinetice a gazelor. Fondarea primului laborator chimic rusesc. Întocmirea unui manual de metalurgie și minerit. Crearea producției de mozaic. | |||||||
| 16. | Mendeleev Dmitri Ivanovici (Rusia) | 1834-1907 | Legea periodică și tabelul periodic al elementelor chimice (1869). Teoria soluțiilor hidratului. „Fundamentele chimiei”. Cercetarea gazelor, descoperirea temperaturii critice etc. | ||||
| 17. | Priestley Joseph (Anglia) | 1733-1804 | Descoperirea și cercetarea oxigenului, clorurii de hidrogen, amoniacului, monoxidului de carbon, oxidului de azot și a altor gaze. | ||||
| 18. | Rutherford Ernest (Anglia) | 1871-1937 | Teoria planetară a structurii atomice. Dovezi de dezintegrare radioactivă spontană cu eliberarea de raze alfa, beta și gamma. | ||||
| 19. | Jacobi Boris Semenovich (Rusia) | 1801-1874 | Descoperirea galvanoplastiei și introducerea ei în practica tiparului și monedei. | ||||
| 20. | Si altii | ||||||
Întrebări pentru autocontrol:
1. Principalele sarcini ale chimiei generale și anorganice.
2. Metode de reacții chimice.
3. Metode pregătitoare.
4. Metode de analiză fizico-chimică.
5. Legi fundamentale.
6. Teorii de bază.
Prelegerea nr. 2
Tema: „Structura atomului și legea periodică a lui D.I. Mendeleev"
Plan
1. Structura atomică și izotopi.
2. Numerele cuantice. principiul lui Pauli.
3. Tabelul periodic al elementelor chimice în lumina teoriei structurii atomice.
4. Dependenţa proprietăţilor elementelor de structura atomilor lor.
Dreptul periodic D.I. Mendeleev a descoperit relația reciprocă a elementelor chimice. Studiul legii periodice a ridicat o serie de întrebări:
1. Care este motivul asemănărilor și diferențelor dintre elemente?
2. Ce explică modificarea periodică a proprietăților elementelor?
3. De ce elementele vecine din aceeași perioadă diferă semnificativ în proprietăți, deși masele lor atomice diferă într-o cantitate mică și invers, în subgrupe diferența este mase atomice ah, elementele învecinate sunt mari, dar proprietățile sunt similare?
4. De ce este încălcată dispunerea elementelor în ordinea creșterii maselor atomice de elementele argon și potasiu; cobalt și nichel; telur si iod?
Majoritatea oamenilor de știință au recunoscut existența reală a atomilor, dar au aderat la punctele de vedere metafizice (un atom este cea mai mică particulă indivizibilă a materiei).
La sfarsitul secolului al XIX-lea s-a stabilit structura complexa a atomului si posibilitatea transformarii unor atomi in altii in anumite conditii. Primele particule descoperite într-un atom au fost electronii.
Se știa că, cu incandescență puternică și iluminare UV de la suprafața metalelor, electronii negativi și metalele devin încărcate pozitiv. În clarificarea naturii acestei electricități mare importanță avea lucrări ale savantului rus A.G. Stoletov și savantul englez W. Crookes. În 1879, Crookes a investigat fenomenele razelor de electroni în magnetice și câmpuri electrice Sub influenta curent electric tensiune înaltă. Proprietatea razelor catodice de a pune corpurile în mișcare și de a experimenta abateri în câmpurile magnetice și electrice a făcut posibilă concluzia că acestea sunt particule materiale care poartă cele mai mici sarcina negativa.
În 1897, J. Thomson (Anglia) a investigat aceste particule și le-a numit electroni. Deoarece electronii pot fi obținuți indiferent de substanța din care sunt alcătuiți electrozii, acest lucru demonstrează că electronii fac parte din atomii oricărui element.
În 1896, A. Becquerel (Franţa) a descoperit fenomenul radioactivităţii. El a descoperit că compușii de uraniu au capacitatea de a emite raze invizibile care acționează pe o placă fotografică învelită în hârtie neagră.
În 1898, continuând cercetările lui Becquerel, M. Curie-Skladovskaya și P. Curie au descoperit două elemente noi în minereul de uraniu - radiul și poloniul, care au o activitate de radiație foarte mare.
| |
element radioactiv
Proprietatea atomilor diferitelor elemente de a se transforma spontan în atomi ai altor elemente, însoțită de emisia de raze alfa, beta și gamma invizibile cu ochiul liber, se numește radioactivitate.
În consecință, fenomenul radioactivității este o dovadă directă a structurii complexe a atomilor.
Electronii sunt o componentă a atomilor tuturor elementelor. Dar electronii sunt încărcați negativ, iar atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric, apoi, evident, în interiorul atomului există o parte încărcată pozitiv, care cu sarcina sa compensează sarcina negativă a electronilor.
Datele experimentale despre prezența unui nucleu încărcat pozitiv și localizarea acestuia în atom au fost obținute în 1911 de E. Rutherford (Anglia), care a propus un model planetar al structurii atomului. Conform acestui model, un atom este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv, de dimensiuni foarte mici. Aproape toată masa unui atom este concentrată în nucleu. Atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric, prin urmare, sarcina totală a electronilor trebuie să fie egală cu sarcina nucleului.
Cercetările lui G. Moseley (Anglia, 1913) au arătat că sarcina pozitivă a unui atom este numeric egală cu numărul atomic al elementului din tabelul periodic al lui D.I. Mendeleev.
Deci, numărul de serie al unui element indică numărul de sarcini pozitive ale nucleului atomic, precum și numărul de electroni care se mișcă în câmpul nucleului. Acesta este sensul fizic al numărului de serie al elementului.
Conform modelului nuclear, atomul de hidrogen are cea mai simplă structură: nucleul poartă o sarcină pozitivă elementară și o masă apropiată de unitate. Se numește proton („cel mai simplu”).
În 1932, fizicianul D.N. Chadwick (Anglia) a descoperit că razele emise atunci când un atom este bombardat cu particule alfa au o capacitate de penetrare enormă și reprezintă un flux de particule neutre din punct de vedere electric - neutroni.
Pe baza studiului reactii nucleare D.D. Ivanenko (fizician, URSS, 1932) și în același timp W. Heisenberg (Germania) au formulat teoria proton-neutron a structurii nucleelor atomice, conform căreia nucleele atomice constau din particule încărcate pozitiv-protoni și particule neutre-neutroni ( 1 P) - protonul are masa relativă 1 și sarcină relativă + 1. 1
(1 n) – neutronul are o masă relativă de 1 și o sarcină de 0.
Astfel, sarcina pozitivă a nucleului este determinată de numărul de protoni din acesta și este egală cu numărul atomic al elementului din PS; numărul de masă – A (masa relativă a nucleului) este egal cu suma protonilor (Z) neutronilor (N):
A = Z + N; N=A-Z
Izotopi
Atomii aceluiași element care au aceeași sarcină nucleară și numere de masă diferite sunt izotopi. Izotopii aceluiași element au același număr de protoni, dar număr diferit neutroni.
Izotopi de hidrogen:
1 H 2 H 3 H 3 – numărul de masă
1 - sarcina nucleara
protium deuteriu tritiu
Z = 1 Z = 1 Z =1
N=0 N=1 N=2
1 proton 1 proton 1 proton
0 neutroni 1 neutron 2 neutroni
Izotopii aceluiași element au aceleași proprietăți chimice și sunt desemnați prin același simbol chimic și ocupă un loc în P.S. Deoarece masa unui atom este practic egală cu masa nucleului (masa electronilor este neglijabilă), fiecare izotop al unui element este caracterizat, ca și nucleul, printr-un număr de masă, iar elementul prin masa atomică. Masa atomică a unui element este media aritmetică dintre numerele de masă ale izotopilor unui element, ținând cont de procentul fiecărui izotop din natură.
Propus de Rutherford teoria nucleară structura atomului s-a răspândit, dar mai târziu cercetătorii au întâmpinat o serie de dificultăți fundamentale. Conform electrodinamicii clasice, un electron ar trebui să radieze energie și să se miște nu într-un cerc, ci de-a lungul unei curbe spiralate și în cele din urmă să cadă pe nucleu.
În anii 20 ai secolului XX. Oamenii de știință au stabilit că electronul are o natură duală, având proprietățile unei unde și ale unei particule.
Masa electronului este 1 ___ masa de hidrogen, sarcină relativă
este egal cu (-1) . Numărul de electroni dintr-un atom este egal cu numărul atomic al elementului. Electronul se mișcă în întregul volum al atomului, creând un nor de electroni cu o densitate neuniformă a sarcinii negative.
Ideea naturii duale a electronului a condus la crearea teoriei mecanice cuantice a structurii atomului (1913, om de știință danez N. Bohr). Teza principală a mecanicii cuantice este că microparticulele au o natură ondulatorie, iar undele au proprietățile particulelor. Mecanica cuantică ia în considerare probabilitatea ca un electron să se afle în spațiul din jurul unui nucleu. Regiunea în care un electron este cel mai probabil să fie găsit într-un atom (≈ 90%) se numește orbital atomic.
Fiecare electron dintr-un atom ocupă un orbital specific și formează un nor de electroni, care este o colecție de poziții diferite ale unui electron care se mișcă rapid.
Proprietățile chimice ale elementelor sunt determinate de structura învelișurilor electronice ale atomilor lor.
Informații conexe.
Chimie- știința substanțelor, legile transformărilor lor (proprietăți fizice și chimice) și aplicare.
În prezent, sunt cunoscuți peste 100 de mii de compuși anorganici și peste 4 milioane de compuși organici.
Fenomene chimice: unele substanțe se transformă în altele care diferă de cele originale prin compoziție și proprietăți, în timp ce compoziția nucleelor atomice nu se modifică.
Fenomene fizice: se modifică starea fizică a substanțelor (vaporizare, topire, conductivitate electrică, radiație de căldură și lumină, maleabilitate etc.) sau se formează noi substanțe odată cu modificarea compoziției nucleelor atomice.
Știința atomo-moleculară.
1. Toate substanțele sunt formate din molecule.
Moleculă - cea mai mică particulă dintr-o substanță care are proprietățile sale chimice.
2. Moleculele sunt formate din atomi.
Atom - cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează toate proprietățile chimice. Elementele diferite au atomi diferiți.
3. Moleculele și atomii sunt în mișcare continuă; între ele există forţe de atracţie şi repulsie.
Element chimic - acesta este un tip de atomi caracterizați prin anumite sarcini nucleare și structura învelișurilor electronice. În prezent, sunt cunoscute 118 elemente: 89 dintre ele se găsesc în natură (pe Pământ), restul sunt obținute artificial. Atomii există în stare liberă, în compuși cu atomi ai aceluiași sau altor elemente, formând molecule. Capacitatea atomilor de a interacționa cu alți atomi și de a forma compuși chimici este determinată de structura sa. Atomii constau dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni încărcați negativ care se mișcă în jurul lui, formând un sistem neutru din punct de vedere electric care respectă legile caracteristice microsistemelor.
Nucleul atomic - partea centrală a atomului, formată din Zprotoni și N neutroni, în care se concentrează cea mai mare parte a atomilor.
Taxa de bază - pozitiv, egal ca valoare cu numarul de protoni din nucleu sau electroni dintr-un atom neutru si coincide cu numarul atomic al elementului din tabelul periodic.
Suma protonilor și neutronilor unui nucleu atomic se numește număr de masă A = Z+N.
Izotopi
- elemente chimice cu sarcini nucleare identice, dar numere de masă diferite datorită numărului diferit de neutroni din nucleu.
|
Masa |
A |
63 |
Cu şi |
65 |
35 |
Cl și |
37 |
Formula chimica - aceasta este o notație convențională a compoziției unei substanțe folosind simboluri chimice (propuse în 1814 de J. Berzelius) și indici (indicele este numărul din dreapta jos a simbolului. Indică numărul de atomi din moleculă). Formula chimica arată ce atomi din care elemente și în ce relație sunt conectați unul cu celălalt într-o moleculă.
alotropie - fenomenul de formare de către un element chimic a mai multor substanţe simple care diferă ca structură şi proprietăţi. Substanțe simple - molecule, constau din atomi ai aceluiași element.
Csubstanțe false - moleculele constau din atomi de diferite elemente chimice.
Constanta de masă atomică egal cu 1/12 din masa izotopului 12 C - principalul izotop al carbonului natural.
m u = 1 / 12 m (12 C ) =1 a.u.m = 1,66057 10 -24 g
Masa atomică relativă (A r) - cantitate adimensională egală cu raportul dintre masa medie a unui atom al unui element (ținând cont de procentul de izotopi din natură) la 1/12 din masa unui atom 12 C.
Masa atomică absolută medie (m) egal cu masa atomică relativă înmulțită cu amu.
Ar(Mg) = 24,312
m(Mg) = 24,312 1,66057 10 -24 = 4,037 10 -23 g
Greutatea moleculară relativă (Domnul) - o mărime adimensională care arată de câte ori masa unei molecule a unei substanțe date este mai mare decât 1/12 masa unui atom de carbon 12 C.
M g = m g / (1/12 m a (12 C))
Domnul - masa unei molecule dintr-o substanță dată;
m a (12 C) - masa unui atom de carbon 12 C.
M g = S A g (e). Masa moleculară relativă a unei substanțe este egală cu suma maselor atomice relative ale tuturor elementelor, ținând cont de indici.
Exemple.
M g (B 2 O 3) = 2 A r (B) + 3 A 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
Masa moleculară absolută egal cu masa moleculară relativă înmulțită cu amu. Numărul de atomi și molecule din probele obișnuite de substanțe este foarte mare, prin urmare, atunci când se caracterizează cantitatea unei substanțe, se folosește o unitate specială de măsură - molul.
Cantitatea de substanță, mol . Înseamnă un anumit număr de elemente structurale (molecule, atomi, ioni). Desemnatn , măsurată în moli. Un mol este cantitatea dintr-o substanță care conține atâtea particule câte atomi există în 12 g de carbon.
numărul lui Avogadro (N / A ). Numărul de particule dintr-un mol de orice substanță este același și este egal cu 6,02 10 23. (Constanta lui Avogadro are dimensiunea - mol -1).
Exemplu.
Câte molecule sunt în 6,4 g de sulf?
Greutatea moleculară a sulfului este de 32 g/mol. Determinăm cantitatea de g/mol de substanță în 6,4 g de sulf:
n (s) = m(s)/M(s ) = 6,4 g / 32 g/mol = 0,2 mol
Să determinăm numărul de unități structurale (molecule) folosind constanta Avogadro N A
N(e) = n (e)N A = 0,2 6,02 10 23 = 1,2 10 23
Masă molară arată masa a 1 mol dintr-o substanță (notatM).
M = m / n
Masa molară a unei substanțe este egală cu raportul dintre masa substanței și cantitatea corespunzătoare de substanță.
Masa molară a unei substanțe este numeric egală cu masa sa moleculară relativă, cu toate acestea, prima cantitate are dimensiunea g/mol, iar a doua este adimensională.
M = N A m (1 moleculă) = N A M g 1 amu = (NA 1 amu) M g = M g
Aceasta înseamnă că dacă masa unei anumite molecule este, de exemplu, 80 amu. ( SO 3 ), atunci masa unui mol de molecule este egală cu 80 g. Constanta lui Avogadro este un coeficient de proporționalitate care asigură trecerea de la relațiile moleculare la cele molare. Toate afirmațiile referitoare la molecule rămân valabile pentru moli (cu înlocuirea, dacă este necesar, a amu cu g). De exemplu, ecuația reacției: 2Na + CI22NaCl , înseamnă că doi atomi de sodiu reacţionează cu o moleculă de clor sau, ceea ce este acelaşi lucru, doi moli de sodiu reacţionează cu un mol de clor.
Cursul de chimie în școli începe în clasa a VIII-a cu studiul fundamentelor generale ale științei: descrise tipuri posibile legături dintre atomi, tipuri de rețele cristaline și cele mai comune mecanisme de reacție. Aceasta devine fundamentul pentru studiul unei secțiuni importante, dar mai specifice - substanțele anorganice.
Ce este
Aceasta este o știință care examinează principiile structurale, proprietățile de bază și reactivitatea tuturor elementelor tabelului periodic. Un rol important în substanțele anorganice îl joacă Legea periodică, care organizează clasificarea sistematică a substanțelor în funcție de modificările masei, numărului și tipului acestora.
Cursul acoperă, de asemenea, compuși formați prin interacțiunea elementelor tabelului (singura excepție este zona hidrocarburilor, discutată în capitolele de organice). Problemele din chimia anorganică vă permit să vă exersați cunoștințele teoretice în practică.
Știința în perspectivă istorică
Denumirea „anorganice” a apărut în conformitate cu ideea că acoperă o parte a cunoștințelor chimice care nu are legătură cu activitățile organismelor biologice.
De-a lungul timpului s-a dovedit că majoritatea Lumea organică poate produce și compuși „nevii”, iar hidrocarburile de orice tip sunt sintetizate în laborator. Astfel, din cianatul de amoniu, care este o sare din chimia elementelor, omul de știință german Wöhler a reușit să sintetizeze ureea.
Pentru a evita confuzia cu nomenclatura și clasificarea tipurilor de cercetare din ambele științe, programa cursurilor școlare și universitare, urmând chimia generală, presupune studiul anorganicului ca disciplină fundamentală. În lumea științifică, rămâne o secvență similară.
Clase de substanțe anorganice
Chimia oferă o astfel de prezentare a materialului în care capitolele introductive ale anorganicelor iau în considerare Legea periodică a elementelor. un tip special, care se bazează pe presupunerea că sarcinile atomice ale nucleelor afectează proprietățile substanțelor, iar acești parametri se modifică ciclic. Inițial, tabelul a fost construit ca o reflectare a creșterii maselor atomice a elementelor, dar în curând această secvență a fost respinsă din cauza inconsecvenței sale în aspectul în care această problemă necesită luare în considerare. substanțe anorganice.
Chimia, pe lângă tabelul periodic, presupune prezența a aproximativ o sută de cifre, clustere și diagrame care reflectă periodicitatea proprietăților.
În prezent, o versiune consolidată a considerării unui astfel de concept ca clase de chimie anorganică este populară. Coloanele tabelului indică elemente în funcție de proprietati fizice si chimice, în rânduri - perioade asemănătoare între ele.
Substanțe simple în substanțe anorganice
Un semn din tabelul periodic și o substanță simplă în stare liberă sunt cel mai adesea lucruri diferite. În primul caz, se reflectă doar tipul specific de atomi, în al doilea - tipul de conexiune a particulelor și influența lor reciprocă în forme stabile.
Legăturile chimice din substanțele simple determină împărțirea lor în familii. Astfel, se pot distinge două tipuri largi de grupuri de atomi - metale și nemetale. Prima familie conține 96 de elemente din 118 studiate.
Metalele
Tipul de metal presupune prezența unei legături cu același nume între particule. Interacțiunea se bazează pe împărțirea electronilor rețelei, care se caracterizează prin nedirecționalitate și nesaturare. De aceea metalele conduc bine căldura și se încarcă, au un luciu metalic, maleabilitate și ductilitate.
În mod convențional, metalele sunt în stânga în tabelul periodic atunci când trag o linie dreaptă de la bor la astatin. Elementele apropiate de această caracteristică sunt cel mai adesea de natură limită și prezintă proprietăți duale (de exemplu, germaniul).
Metalele formează în mare parte compuși bazici. Stările de oxidare ale unor astfel de substanțe nu depășesc de obicei două. Metalicitatea crește în cadrul unui grup și scade într-o perioadă. De exemplu, franciul radioactiv prezintă mai multe proprietăți de bază decât sodiul, iar în familia halogenului, iodul prezintă chiar și un luciu metalic.
Situația este diferită într-o perioadă - se completează subniveluri în fața cărora există substanțe cu proprietăți opuse. În spațiul orizontal al tabelului periodic, reactivitatea manifestată a elementelor se schimbă de la bazic prin amfoter la acid. Metalele sunt buni agenți reducători (acceptă electroni atunci când formează legături).
Nemetale
Acest tip de atom este inclus în principalele clase de chimie anorganică. Nemetalele ocupă partea dreaptă a tabelului periodic, prezentând proprietăți tipic acide. Cel mai adesea, aceste elemente se găsesc sub formă de compuși între ele (de exemplu, borați, sulfați, apă). In liber stare moleculară se cunoaşte existenţa sulfului, oxigenului şi azotului. Există și câteva gaze nemetalice biatomice - pe lângă cele două menționate mai sus, acestea includ hidrogen, fluor, brom, clor și iod.
Sunt cele mai comune substanțe de pe pământ - siliciul, hidrogenul, oxigenul și carbonul sunt deosebit de comune. Iodul, seleniul și arsenul sunt foarte rare (aceasta include și configurațiile radioactive și instabile, care se află în ultimele perioade ale tabelului).
În compuși, nemetalele se comportă în primul rând ca acizi. Sunt agenți puternici de oxidare datorită capacității de a adăuga un număr suplimentar de electroni pentru a finaliza nivelul.
în anorganice
Pe lângă substanțele care sunt reprezentate de un grup de atomi, există compuși care includ mai multe configurații diferite. Astfel de substanțe pot fi binare (formate din două particule diferite), cu trei, patru elemente și așa mai departe.
Substanțe cu două elemente
Chimia acordă o importanță deosebită naturii binare a legăturilor din molecule. Clasele de compuși anorganici sunt considerate și din punctul de vedere al legăturilor formate între atomi. Poate fi ionic, metalic, covalent (polar sau nepolar) sau mixt. De obicei, astfel de substanțe prezintă în mod clar calități bazice (în prezența metalului), amfoter (dual - caracteristic în special aluminiului) sau acide (dacă există un element cu o stare de oxidare de +4 și mai mare).
Asociații cu trei elemente
Subiectele din chimia anorganică includ luarea în considerare a acestui tip de combinație de atomi. Compușii constând din mai mult de două grupuri de atomi (anorganicele se ocupă cel mai adesea cu specii cu trei elemente) sunt de obicei formați cu participarea componentelor care diferă semnificativ unele de altele în parametrii fizico-chimici.
Tipurile posibile de legături sunt covalente, ionice și mixte. De obicei, substanțele cu trei elemente sunt similare ca comportament cu substanțele binare datorită faptului că una dintre forțele interacțiunii interatomice este mult mai puternică decât cealaltă: cea slabă se formează secundar și are capacitatea de a se disocia în soluție mai rapid.
Clasele de chimie anorganică
Marea majoritate a substantelor studiate la cursul de anorganice pot fi considerate dupa o clasificare simpla in functie de compozitia si proprietatile lor. Astfel, se face o distincție între oxizi și săruri. Este mai bine să începeți să luați în considerare relația lor prin familiarizarea cu conceptul de forme oxidate, în care poate apărea aproape orice substanță anorganică. Chimia unor astfel de asociați este discutată în capitolele despre oxizi.
Oxizi
Un oxid este un compus al oricărui element chimic cu oxigen într-o stare de oxidare de -2 (în peroxizi, respectiv -1). Formarea legăturilor are loc datorită donării și adăugării de electroni cu reducerea O 2 (când elementul cel mai electronegativ este oxigenul).
Ele pot prezenta proprietăți acide, amfotere și bazice, în funcție de al doilea grup de atomi. Dacă într-un oxid nu depășește starea de oxidare +2, dacă este un nemetal - de la +4 și mai sus. În eșantioanele cu natură duală a parametrilor, se obține o valoare de +3.
Acizi în substanțe anorganice
Compușii acizi au o reacție în mediu mai mică de 7 datorită conținutului de cationi de hidrogen, care pot intra în soluție și ulterior fi înlocuiți cu un ion metalic. Conform clasificării, acestea sunt substanțe complexe. Majoritatea acizilor pot fi preparați prin diluarea oxizilor corespunzători cu apă, de exemplu prin formarea acidului sulfuric după hidratarea S03.
Chimie anorganică de bază
Proprietățile acestui tip de compus se datorează prezenței radicalului hidroxil OH, care dă reacția mediului de peste 7. Bazele solubile se numesc alcaline, sunt cele mai puternice din această clasă de substanțe datorită disocierii complete (descompunere în ioni în lichid). Gruparea OH poate fi înlocuită cu reziduuri acide la formarea sărurilor.
Chimia anorganică este o știință duală care poate descrie substanțele din diferite puncte de vedere. În teoria protolitică, bazele sunt considerate acceptoare de cationi de hidrogen. Această abordare extinde conceptul acestei clase de substanțe, denumind orice substanță capabilă să accepte un proton un alcalin.
Săruri
Acest tip de compus este între baze și acizi, deoarece este un produs al interacțiunii lor. Astfel, cationul este de obicei un ion metalic (uneori amoniu, fosfoniu sau hidroniu), iar substanța anionică este un reziduu acid. Când se formează o sare, hidrogenul este înlocuit cu o altă substanță.
În funcție de raportul dintre numărul de reactivi și puterea lor unul față de celălalt, este rațional să se ia în considerare mai multe tipuri de produse de interacțiune:
- sărurile bazice se obțin dacă grupările hidroxil nu sunt complet înlocuite (astfel de substanțe au reacție alcalină mediu inconjurator);
- sărurile acide se formează în cazul opus - atunci când există o lipsă de bază de reacție, hidrogenul rămâne parțial în compus;
- cele mai cunoscute și mai ușor de înțeles sunt probele medii (sau normale) - sunt produsul neutralizării complete a reactanților cu formarea apei și a unei substanțe cu doar un cation metalic sau analogul său și un reziduu acid.
Chimia anorganică este o știință care implică împărțirea fiecărei clase în fragmente care sunt luate în considerare timp diferit: unii - mai devreme, alții - mai târziu. Cu un studiu mai aprofundat, se disting încă 4 tipuri de săruri:
- Dublele conțin un singur anion în prezența a doi cationi. De obicei, astfel de substanțe sunt obținute prin combinarea a două săruri cu același reziduu acid, dar cu metale diferite.
- Tipul mixt este opusul celui precedent: baza sa este un cation cu doi anioni diferiți.
- Hidrații cristalini sunt săruri a căror formulă conține apă în stare cristalizată.
- Complexele sunt substanțe în care cationul, anionul sau ambele sunt prezentate sub formă de clustere cu un element de formare. Astfel de săruri pot fi obținute în principal din elemente din subgrupa B.
Alte substanțe incluse în atelierul de chimie anorganică care pot fi clasificate ca săruri sau ca capitole separate de cunoaștere includ hidruri, nitruri, carburi și compuși intermetalici (compuși ai mai multor metale care nu sunt aliaje).
Rezultate
Chimia anorganică este o știință care prezintă interes pentru fiecare specialist în acest domeniu, indiferent de interesele sale. Cuprinde primele capitole studiate în școală pe această temă. Cursul de chimie anorganică prevede sistematizarea unor cantități mari de informații în conformitate cu o clasificare clară și simplă.
Clasificarea reacțiilor chimice în chimia anorganică și organică se realizează pe baza diferitelor caracteristici de clasificare, informații despre care sunt prezentate în tabelul de mai jos.
Prin modificarea stării de oxidare a elementelor
Primul semn de clasificare se bazează pe modificarea stării de oxidare a elementelor care formează reactanții și produșii.
a) redox
b) fără modificarea stării de oxidare
Redox se numesc reactii insotite de o modificare a starii de oxidare a elementelor chimice care alcatuiesc reactivii. Reacțiile redox din chimia anorganică includ toate reacțiile de substituție și acele reacții de descompunere și combinare în care este implicată cel puțin o substanță simplă. Reacțiile care apar fără modificarea stărilor de oxidare ale elementelor care formează reactanții și produșii de reacție includ toate reacțiile de schimb.
După numărul și compoziția reactivilor și a produselor
Reacțiile chimice sunt clasificate după natura procesului, adică după numărul și compoziția reactivilor și a produselor.
Reacții compuse sunt reacții chimice în urma cărora se obțin molecule complexe din mai multe molecule mai simple, de exemplu:
4Li + O2 = 2Li2O
Reacții de descompunere sunt numite reacții chimice în urma cărora se obțin molecule simple din altele mai complexe, de exemplu:
CaCO3 = CaO + CO2
Reacțiile de descompunere pot fi considerate procese inverse ale combinației.
Reacții de substituție sunt reacții chimice în urma cărora un atom sau un grup de atomi dintr-o moleculă a unei substanțe este înlocuit cu un alt atom sau grup de atomi, de exemplu:
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Al lor semn distinctiv- interacţiunea unei substanţe simple cu una complexă. Astfel de reacții există și în chimia organică.
Cu toate acestea, conceptul de „substituție” în chimia organică este mai larg decât în chimia anorganică. Dacă în molecula substanței originale orice atom sau grup funcțional este înlocuit cu un alt atom sau grup, acestea sunt și reacții de substituție, deși din punctul de vedere al chimiei anorganice procesul arată ca o reacție de schimb.
- schimb (inclusiv neutralizare).
Reacții de schimb sunt reacții chimice care au loc fără modificarea stărilor de oxidare ale elementelor și conduc la schimbul de părți constitutive ale reactanților, de exemplu:
AgNO3 + KBr = AgBr + KNO3
Dacă este posibil, curgeți în direcția opusă
Dacă este posibil, curgeți în direcția opusă - reversibil și ireversibil.
Reversibil sunt reacții chimice care au loc la o temperatură dată simultan în două direcții opuse cu viteze comparabile. Când se scriu ecuații pentru astfel de reacții, semnul egal este înlocuit cu săgeți direcționate opus. Cel mai simplu exemplu de reacție reversibilă este sinteza amoniacului prin interacțiunea azotului și hidrogenului:
N2+3H2↔2NH3
Ireversibil sunt reacții care apar numai în direcția înainte, având ca rezultat formarea de produse care nu interacționează între ele. Reacțiile ireversibile includ reacțiile chimice care au ca rezultat formarea de compuși ușor disociați, eliberarea unei cantități mari de energie, precum și cele în care produsele finite părăsesc sfera de reacție sub formă gazoasă sau sub formă de precipitat, de exemplu :
HCl + NaOH = NaCI + H2O
2Ca + O2 = 2CaO
BaBr2 + Na2SO4 = BaS04↓ + 2NaBr
Prin efect termic
exotermic se numesc reactii chimice care au loc odata cu degajarea de caldura. Simbol modificarea entalpiei (conținutului de căldură) ΔH și efect termic reacția Q. Pentru reacțiile exoterme Q > 0 și ΔH< 0.
Endotermic sunt reacții chimice care implică absorbția căldurii. Pentru reacțiile endoterme Q< 0, а ΔH > 0.
Reacțiile de amestecare vor fi, în general, reacții exoterme, iar reacțiile de descompunere vor fi endoterme. O excepție rară este reacția azotului cu oxigenul - endotermă:
N2 + O2 → 2NO – Q
Pe fază
Omogen se numesc reactii care au loc intr-un mediu omogen (substante omogene intr-o faza, de exemplu g-g, reactii in solutii).
Eterogen sunt reactii care au loc intr-un mediu eterogen, pe suprafata de contact a unor substante care reactioneaza care se afla in faze diferite, de exemplu, solid si gazos, lichid si gazos, in doua lichide nemiscibile.
În funcție de utilizarea catalizatorului
Un catalizator este o substanță care accelerează o reacție chimică.
Reacții catalitice apar numai în prezența unui catalizator (inclusiv a celor enzimatici).
Reacții necatalitice merge în absența unui catalizator.
După tipul de despărțire
Pe baza tipului de scindare a legăturii chimice din molecula inițială, se disting reacțiile homolitice și heterolitice.
omolitic sunt numite reacții în care, ca urmare a ruperii legăturilor, se formează particule care au un electron nepereche - radicali liberi.
Heterolitic sunt reacții care apar prin formarea de particule ionice - cationi și anioni.
- homolitic (decalaj egal, fiecare atom primește 1 electron)
- heterolitic (decalaj inegal - se obține o pereche de electroni)
Radical(în lanț) sunt reacții chimice care implică radicali, de exemplu:
CH4 + Cl2hv →CH3CI + HCI
ionic sunt reacții chimice care au loc cu participarea ionilor, de exemplu:
KCl + AgNO3 = KNO3 + AgCl↓
Reacțiile electrofile sunt reacții heterolitice ale compușilor organici cu electrofile - particule care poartă o sarcină pozitivă întreagă sau fracționată. Ele sunt împărțite în reacții de substituție electrofilă și reacții de adiție electrofilă, de exemplu:
C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl
H2C =CH2 + Br2 → BrCH2 –CH2Br
Reacțiile nucleofile sunt reacții heterolitice ale compușilor organici cu nucleofile - particule care poartă o sarcină negativă întreagă sau fracționată. Ele sunt împărțite în reacții de substituție nucleofilă și reacții de adiție nucleofilă, de exemplu:
CH3Br + NaOH → CH3OH + NaBr
CH3C(O)H + C2H5OH → CH3CH(OC2H5)2 + H2O
Clasificarea reacțiilor organice
Clasificare reacții organice este dat in tabel:
