Основные понятия о науке химии

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Основные понятия о науке химии

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Основные понятия химии

  • 2. Химическая связь
  • 3. Химические реакции
  • Заключение
    • Литература
    • Введение
    • химия наука реакция вещество
    • Что такое химическая связь и химические реакции? На этот вопрос нельзя ответить, не поняв, что такое ХИМИЯ.
    • Термин «химия» имеет, видимо, как древнеегипетское, так и древнегреческое происхождение. Одно из старинных названий Египта «Хемии (я)»: черная земля. Древнегреческое слово «химевскис» означает смешивание.
    • Химия — наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях.
    • Теоретической основой классической химии выступает атомно-молекулярное учение. Теоретической основой неклассической, современной химии, является квантовая механика, а также квантовая теория поля. Химическая наука имеет место лишь там, где используемый метод интерпретации подтверждается данными экспериментов. В историческом плане эволюция химического знания сложилась таким образом, что лишь в XIX веке химия приобрела отчетливый научный статус.
    • Около 100 лет (сер. XVIII — сер. XIX в.) ушло на становление классической химии. В этот период были открыты такие важнейшие стехиометрические (от греч. stoicheion — элемент) законы, как:

· Закон сохранения массы вещества (М.В. Ломоносов, 1748−1756 гг.; А. Лавуазье, 1777 г.): масса веществ, вступивших реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате реакции;

· Закон постоянства состава (Ж.Л. Пруст, 1801 г.): каждое чистое соединение независимо от способа его получения всегда имеет один и тот же состав;

· Закон кратных отношений (Дж. Дальтон, 1803 г.): если два элемента могут образовать между собой несколько соединений, то массовые доли любого из элементов в этих соединениях относятся друг к другу как наибольшие целые числа;

· Закон Авогадро (А. Авогадро, 1811 г.): в равных объемах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул (число частиц, равное числу Авогадро 6,0229 * 1023, получило называние «моль»).

Современная химия — это совокупность квантовых представлений о веществе и его преобразованиях.

В данной работе я приведу основные понятия химии, рассмотрю методы образования химических связей, приведу примеры химических реакций.

1. Основные понятия химии

Вещество — это любая совокупность атомов и молекул.

Атом — наименьшая частица элемента в химических соединениях (определение XIX века). Современное определение: атом- это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного яра и отрицательно заряженных электронов, химически не делимых.

Химический элемент — это вид атомов, характеризующихся определенным зарядом ядра.

Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами (определение XIX века). Современное определение: молекула — это наименьшая электронейтральная замкнутая совокупность атомов, образующих определенную структуру с помощью химических связей. Мельчайшая частица вещества (молекулярного строения) обладающая всеми химическими свойствами данного вещества.

Вещества делятся на индивидуальные вещества (химические соединения), образованные молекулами или атомами одного сорта, и смеси, состоящие из нескольких индивидуальных веществ, не взаимодействующих друг с другом. Индивидуальные вещества делятся на простые и сложные. Простые вещества образованы атомами одного элемента (O3, Br2, алмаз (C)), сложные вещества образованы атомами разных элементов (этанол C2H5OH, серная кислота H2SO4).

Все химические элементы обозначают символами по их латинским названиям (углерод — С от слова Carboneum). С начала XIX века предпринимались попытки систематизации химических элементов, осуществлялся поиск взаимосвязи между ними, закономерного изменения свойств. В 1869 г. Дмитрий Иванович Менделеев опубликовал периодическую систему химических элементов.

Периодический закон и периодическая таблица Д. И. Менделеева.

Современная формулировка периодического закона: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра элемента.

Физический смысл периодичности химических свойств состоит в периодическом изменении конфигурации электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов) с увеличением заряда ядра.

Графическим изображением периодического закона является периодическая таблица. Она состоит из 7 периодов и 8 групп.

2. Химическая связь

Химическая связь — это взаимодействие двух атомов, осуществляемое путем обмена электронами. При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую восьмиэлектронную (октет) или двухэлектронную (дублет) оболочки.

Различают следующие виды химической связи: ковалентная (полярная и неполярная; обменная и донорно-акцепторная), ионная, водородная, металлическая.

Валентность — число химических связей, образованных данным атомом в соединении. Это понятие применимо только к соединениям с ковалентным типом связи или к молекулам в газовой фазе.

Ковалентная связь — химическая связь, возникающая в результате образования общих электронных пар. Различают обменный и донорно-акцепторный механизмы образования связей.

Обменный механизм. Каждый атом дает по одному неспаренному электрону в общую электронную пару:

H. + . H > H: H

В данном уравнении электроны представлены точками.

Донорно-акцепторный механизм. Один атом (донор) предоставляет электронную пару, а другой атом (акцептор) предоставляет для этой пары свободную орбиталь.

Полярная — связь, образованная атомами, электроотрицательности которых отличаются.

Неполярная — связь между атомами, электроотрицательности которых одинаковы.

Электроотрицательность — это способность атома притягивать электронную плотность от других атомов. Самый электроотрицательный элемент F (фтор), самый электроположительный элемент Cs (цезий).

Ионная связь — связь, возникающая в результате электростатического притяжения катионов и анионов.

Степень окисления — условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что все связи имеют ионный характер.

Металлическая связь — связь, которую осуществляют свободные электроны между катионами Ме (металлов), образующих металлическую кристаллическую решетку.

Водородная — это связь между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы. Связь, которая имеет частично электростатический, частично ковалентный характер.

3. Химические реакции

Химическая реакция — это превращение одних веществ в другие. Впрочем, такое определение нуждается в одном существенном дополнении. В ядерном реакторе или в ускорителе тоже одни вещества превращаются в другие, но такие превращения химическими не называют. В чем же здесь дело?

В ядерном реакторе происходят ядерные реакции. Они заключаются в том, что ядра элементов при столкновении с частицами высокой энергии (ими могут быть нейтроны, протоны и ядра иных элементов) — разбиваются на осколки, представляющие собой ядра других элементов. Возможно и слияние ядер между собой. Эти новые ядра затем получают электроны из окружающей среды и, таким образом, завершается образование двух или нескольких новых веществ. Все эти вещества являются какими-либо элементами Периодической системы.

В отличие от ядерных реакций, в химических реакциях не затрагиваются ядра атомов. Все изменения происходят только во внешних электронных оболочках. Разрываются одни химические связи и образуются другие.

Химическими реакциями — называются явления, при которых одни вещества, обладающие определенным составом и свойствами, превращаются в другие вещества — с другим составом и другими свойствами. При этом в составе атомных ядер изменений не происходит.

Рассмотрим типичную химическую реакцию: сгорание природного газа (метана) в кислороде воздуха. Подобный процесс можно наблюдать в домашних условиях при наличии газовой плиты на кухне. Запишем реакцию так, как показано на рис. 5−1.

Рис. 5−1.

Метан СН4 и кислород О2 реагируют между собой с образованием диоксида углерода СО2 и воды Н2О. При этом разрываются связи между атомами С и Н в молекуле метана и между атомами кислорода в молекуле О2. На их месте возникают новые связи между атомами С и О, Н и О. На рисунке хорошо видно, что для успешного осуществления реакции на одну молекулу метана надо взять две молекулы кислорода.

Записывать химическую реакцию с помощью рисунков молекул не слишком удобно. Поэтому для записи химических реакций используют сокращенные формулы веществ — как это показано в нижней части рис. 5−1. Такая запись называется уравнением химической реакции.

Количество атомов разных элементов в левой и правой частях уравнения одинаково. В левой части один атом углерода в составе молекулы метана (СН4), и в правой — тот же атом углерода мы находим в составе молекулы СО2. все четыре водородных атома из левой части уравнения мы обязательно найдем и в правой — в составе молекул воды.

В уравнении химической реакции для выравнивания количества одинаковых атомов в разных частях уравнения используются коэффициенты, которые записываются перед формулами веществ. Коэффициенты не надо путать с индексами в химических формулах.

Рассмотрим другую реакцию — превращение оксида кальция СаО (негашеной извести) в гидроксид кальция Са (ОН)2 (гашеную известь) под действием воды.

Рис. 5−2. Оксид кальция СаО присоединяет молекулу воды Н2О с образованием гидроксида кальция Са (ОН)2.

В отличие от математических уравнений, в уравнениях химических реакций нельзя переставлять левую и правую части. Вещества в левой части уравнения химической реакции называются реагентами, а в правой — продуктами реакции. Если сделать перестановку левой и правой части в уравнении из рис. 5−2, то мы получим уравнение совсем другой химической реакции: Ca (OH)2 = CaO + H2O

Если реакция между СаО и Н2О (рис. 5−2) начинается самопроизвольно и идет с выделением большого количества теплоты, то для проведения последней реакции, где реагентом служит Са (ОН)2, требуется сильное нагревание. Добавим также, что реагентами и продуктами могут быть не обязательно молекулы, но и атомы — если в реакции участвует какой-нибудь элемент или элементы в чистом виде.

Например: H2 + CuO = Cu + H2O

Существует несколько способов классификации химических реакций, из которых мы рассмотрим два способа. По первому из них все химические реакции различают по признаку изменения числа исходных и конечных веществ.

Здесь можно найти 4 типа химических реакций:

— реакции СОЕДИНЕНИЯ, A + B + C = D (в реакцию вступают несколько веществ простого состава, продуктом реакции будет вещество более сложного состава).

— реакции РАЗЛОЖЕНИЯ, A = B + C + D (более сложное вещество, распадается на несколько веществ более простого состава).

— реакции ОБМЕНА, A + BC = AB + C (реакция простого вещества со сложным, продуктом реакции является сложное вещество и простое вещество другого состава).

— реакции ЗАМЕЩЕНИЯ. AB + CD = AC + BD (наиболее распространенная реакция между сложными веществами, протекающие без изменения степени окисления и сопровождающиеся удалением продукта (продуктов) реакции в виде газа, осадка или образованием маллодиссоциирующего соединения).

Приведем конкретные примеры таких реакций. Для этого вернемся к уравнениям получения гашеной извести и уравнению получения негашеной извести:

1. СаО + Н2О = Са (ОН)2

2. 2. Са (ОН)2 = СаО + Н2О

Эти реакции относятся к разным типам химических реакций. Первая реакция является типичной реакцией соединения, поскольку при ее протекании две молекулы реагентов СаО и Н2О соединяются в одну, более сложную молекулу Са (ОН)2. Вторая реакция Са (ОН)2 = СаО + Н2О является типичной реакцией разложения: здесь реагент Ca (OH)2 разлагается с образованием двух других, более простых веществ (продуктов реакции).

В реакциях обмена количество реагентов и продуктов обычно одинаково. В таких реакциях исходные вещества обмениваются между собой атомами и даже целыми составными частями своих молекул. Например, при сливании раствора CaBr2 с раствором HF выпадает осадок. Происходит реакция, в которой ионы кальция и водорода обмениваются между собой ионами брома и фтора:

CaBr2 + 2HF = CaF2? + 2HBr

При сливании растворов CaCl2 и Na2CO3 тоже выпадает осадок, потому что ионы кальция и натрия обмениваются между собой частицами CO32- и Cl-.

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3? + 2NaCl

Стрелка рядом с продуктом реакции показывает, что это соединение нерастворимо и выпадает в осадок. Таким образом, стрелку можно использовать и для обозначения удаления какого-нибудь продукта из химической реакции в виде осадка () или газа (^). Например:

Zn + 2HCl = H2 + ZnCl2

Последняя реакция относится к еще одному типу химических реакций — реакциям замещения. Цинк заместил водород в его соединении с хлором — в HCl. Водород при этом выделяется в виде газа.

Реакции замещения внешне могут быть похожи на реакции обмена. Отличие заключается в том, что в реакциях замещения обязательно участвуют атомы какого-нибудь простого вещества, которые замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Например:

2NaBr + Cl2 = 2NaCl + Br2 — реакция замещения;

в левой части уравнения есть простое вещество-молекула хлора Cl2, и в правой части есть простое вещество — молекула брома Br2.

В реакциях обмена и реагенты и продукты являются сложными веществами. Например:

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3? + 2NaCl — реакция обмена;

в этом уравнении реагенты и продукты — сложные вещества.

Деление всех химических реакций на реакции соединения, разложения, замещения и обмена — не единственное. Есть другой способ классификации: по признаку изменения (или отсутствия изменения) степеней окисления у реагентов и продуктов. По этому признаку все реакции делятся на окислительно-восстановительные реакции и все прочие (не окислительно-восстановительные).

Реакция между Zn и HCl является не только реакцией замещения, но и окислительно-восстановительной реакцией, потому что в ней изменяются степени окисления реагирующих веществ:

Zn0 + 2H+ Cl = H20 + Zn+2Cl2 — реакция замещения и одновременно окислительно-восстановительная реакция.

Окислительно-восстановительными являются также реакции метана с кислородом (рис. 5−1) реакция оксида меди с водородом, реакция бромида натрия с хлором.

, меняют степень окисления углерод и кислород,

, меняют степень окисления водород и медь,

, меняют степень окисления бром и хлор.

А вот все остальные реакции, рассмотренные ранее, окислительно-восстановительными не являются, потому что в них не изменяются степени окисления атомов ни в реагентах, ни в продуктах.

Заключение

Химический мир человека — это многообразие веществ, их свойств, эволюций и взаимопревращений.

Данные современной науки достаточно убедительно показывают, что химическая форма материи — не одна из разновидностей физических явлений, а новая, самостоятельная качественно более сложная ступень эволюции материального мира, обладающая собственными специфическими способами и законами развития.

Квантовое рассмотрение межатомных и межмолекулярных взаимодействий выявляет механизм химических процессов. Дальнейшее развитие химии, потребует совершенствования методов квантово-механического расчета.

Литература

1. Краткий справочник школьника. 5−11 кл. / Авт. -сот. П. И. Алтынов, П. А. Андреев, А. Б. Балжи и др. — М.: Дрофа, 1997. — 624 с.: ил.

2. Общая и неорганическая химия: материалы к экзаменам. — СПб.: «Паритет», 2003. — 240 с.

3. Концепция современного естествознания: Учебник для вузов. Изд. 2-е, испр. — М.: Логос, 2003. — 368 с.: ил.

4. Концепция современного естествознания: учеб. пособие / А. П. Садохин. — 3-е изд., стер. — М.: Издательство «Омега-Л», 2008. — 239с.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой