Вопрос 8

Химический элемент и химическое соединение.

Химическим элементов называют вещество, все атомы которого обладают одинаковым зарядом ядра, хотя и различаются по своей массе.

Химическое соединение. По поводу этого понятия возникла дискуссия в начале XIХ века между химиками Ж. Прустом и К. Бертолле. Первый считал, что любое химическое соединение должно обладать вполне определенным неизменным составом, выдвигая закон постоянства состава. Поскольку молекулы считались мельчайшими частицами вещества, состоящими из определенного числа атомов, то долгое время закон постоянства состава считался абсолютной истиной. Каждое определенное химическое соединение, независимо от способа получения, состоит из одних и тех же элементов, причем отношения их масс постоянны, а относительные количества их атомов выражаются целыми числами. Вода – 11,9 % Н и 88,81% О, молекулярная масса 18,016, это отвечает формуле Н₂О.

Закон постоянства состава строго применим только по отношению к газообразным и жидким химическим соединениям. Состав кристаллических соединений может быть и постоянным и переменным, не отвечающим целочисленному отношению атомов. Вещества переменного состава – бертоллиды или нестехоиметрические соединения. Соединения, точно следующие закону постоянства состава, называются дальтонидами. Подавляющее большинство относится к дальтонидам (почти все органические соединения). Бертоллиды встречаются среди нитритов, окислов, сульфидов и других кристаллических соединений, особенно среди металлидов.

Бертолле указал на существование соединений переменного состава в форме растворов и сплавов. Русский физико-химик Курнаков Н.С. подтвердил существование соединений переменного состава (назвал их бертоллидами). Со временем пришли к выводу, что они отличаются от соединений постоянного состава тем, что они не обладают молекулярным строением. Однако, в свете современных научных представлений это неубедительный вывод. Природа соединения, т.е. характер связи атомов в его молекуле, определяется обменным взаимодействием валентных электронов. Понятие молекулы изменилось, хотя так называют по-прежнему наименьшую частицу вещества, определяющую его свойства. Но к молекулам относят и другие разнообразные квантово-механические системы (ионные, атомные монокристаллы, полимеры и др. макромолекулы).

Физическое изменение – внутреннее строение, состав и свойства не подвергаются изменению.

Химическое изменение – в результате взаимодействия не менее двух исходных веществ (хим. реакции) появляются одно или несколько других веществ, отличающихся от первоначальных составом, структурой и свойствами.

Вопрос 9

Основные химические законы.

Химические процессы подчиняются всеобщим законам природы – закону сохранения массы вещества и закону сохранения энергии и ряду других специфических для химии законов.

Закон сохранения массы. Установлен Н.В. Ломоносовым (1756 г.) и А.Л. Лавуазье (1789 г.) почти независимо друг от друга. Формулируется следующим образом: массы веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Закон сохранения энергии действует всегда. Ломоносов связывал закон сохранения массы с законом сохранения энергии. Химическая энергия освобождается или расходуется в процессе химической реакции. Ее можно превратить в другие виды энергии (механическую, тепловую, электрическую и т. д.).

Химические реакции идут либо с выделением, либо с поглощением тепла (экзотермические и эндотермические).

Количественным выражением является тепловой баланс. Формулируется так: количество тепловой энергии, принесенной в зону взаимодействия веществ, равно количеству энергии, вынесенной веществами из этой зоны.

Пример: Q_ф + Q_э + Q_в ⁼ Q^'_ф + Q^'_n , где

Q_ф – физическая теплота, введенная в процесс с исходными веществами; Q_э – теплота экзотерических реакций; Q_в – теплота, введенная в процесс извне; Q^'_ф – физическая теплота, выведенная из процесса с продуктами реакции; Q^'_n – потери теплоты в окружающую среду.

К специфическим законам химии относят: закон постоянства состава (Пруст, 1808 г.), закон постоянных весовых отношений (Дж. Дальтон, 1800 г.), закон простых объемных отношений для газов (Гей-Люссак), закон Авогадро.